等离子体的生成方式
等离子清洗 原理
等离子清洗原理
等离子清洗是一种利用高能离子束清洗物体表面的技术。
其主要原理是通过电离气体，产生等离子体（即带电离子和自由电子）。
这些带电粒子能够与物体表面的污染物相互作用，并将其从物体表面解离和去除。
等离子清洗主要包含以下几个步骤：
1. 气体电离：将对物体表面污染物去除效果好的气体（如氢、氩、氧等）注入清洗室，并加入电流和高电压，使气体电离形成等离子体。
2. 等离子体生成：高能离子束通过电场加速，与气体原子或分子相互碰撞，产生新的离子和电子，形成等离子体。
3. 清洗处理：等离子束由于带有正电荷，会吸附和中和物体表面的负电荷（即污染物），从而使污染物解离并脱离物体表面。
等离子束还能通过碰撞使物体表面的残留物往往发生位移和释放。
4. 后处理：清洗结束后，等离子体失去电场加速，重新组合成气体。
物体表面可采用有效的方法对残留的污染物进行去除或处理。
等离子清洗具有高效、非接触和无损等特点，可以应用于许多工业领域，如半导体制造、航空航天等，用于清洗金属、陶瓷、玻璃等材料的表面。
等离子是什么原理
等离子是什么原理
等离子体是物质的第四状态，相比于固态、液态和气态，等离子态具有带电的粒子或离子。
等离子体的产生与物质的电离过程密切相关。
当一种物质受到足够高的能量激发时，其分子或原子会失去或获得电子，形成具有正电荷或负电荷的离子，从而形成等离子体。
产生等离子体的方法有多种，其中最常见的是电离。
电离可以通过提供足够的能量（例如加热或电弧放电）使物质的原子或分子中的一个或多个电子脱离，从而形成带正电荷的离子和带负电荷的自由电子。
这种带正电荷的离子和自由电子共同组成了等离子体。
等离子体中的粒子带电荷，因此受到电场力的作用。
这使得等离子体具有导电性，能够传导电流。
等离子体还具有与电磁场相互作用的性质，因此在等离子体中可以观察到等离子体的振荡和波动现象，比如等离子体球放电产生的辉光。
应用方面，等离子体在很多领域都有重要作用。
例如，在电视和荧光灯中，等离子体的电离和复合过程产生了辉光；等离子体技术被广泛应用于半导体制造中的物理蒸镀和离子刻蚀等过程；另外，等离子体还在核聚变反应中起着重要的作用。
总之，等离子体是一种具有特殊物性和电磁性质的物质状态，是通过电离过程生成的带电离子和自由电子的集合体。
低温等离子工作原理
低温等离子工作原理低温等离子工作原理是指在较低的温度下，通过施加电场或者电磁辐射，将气体转化为等离子体的过程。
等离子体是由带正电荷的离子和带负电荷的电子组成的，具有良好的导电性和化学活性。
低温等离子工作原理主要涉及以下几个方面：1. 电离过程：在低温条件下，气体份子受到电场或者电磁辐射的激发，电子从原子或者份子中被剥离，形成带正电荷的离子和带负电荷的电子。
这个过程称为电离，是等离子体形成的关键步骤。
2. 碰撞与再组合：在等离子体中，带正电荷的离子和带负电荷的电子会发生碰撞，导致能量转移和动量交换。
这些碰撞过程可以引起离子和电子之间的再组合，形成新的份子或者原子。
3. 等离子体特性：低温等离子体具有许多特殊性质，如高电导率、高能量转移率、高化学活性等。
这些特性使得低温等离子体在许多领域有广泛的应用，如材料表面处理、等离子体显示、等离子体喷涂等。
4. 等离子体生成方法：低温等离子体可以通过多种方法生成，常见的方法包括射频放电、微波放电、直流放电等。
这些方法在不同的应用领域有不同的优势和适合性。
5. 等离子体参数控制：在低温等离子工艺中，控制等离子体的参数对于获得所需的处理效果至关重要。
例如，控制放电功率、气体流量、电极形状等参数可以调节等离子体的密度、温度和化学反应性。
低温等离子工作原理的研究和应用已经得到广泛关注。
在材料科学领域，低温等离子体可以用于表面改性、涂层制备、材料合成等方面；在环境保护领域，低温等离子体可以用于废气处理、水处理等方面；在能源领域，低温等离子体可以用于等离子体发动机、等离子体催化等方面。
总之，低温等离子工作原理是通过施加电场或者电磁辐射，在较低的温度下将气体转化为等离子体的过程。
了解和掌握低温等离子工作原理对于深入研究和应用等离子体技术具有重要意义。
等离子切割机工作原理
等离子切割机工作原理
等离子切割机是一种常用于金属切割的设备，它利用等离子体的高温和高能量
来实现金属的切割。
下面将详细介绍等离子切割机的工作原理。
1. 等离子体的生成
等离子切割机通过电弧放电的方式生成等离子体。
首先，将气体（通常是氮气、氧气或者空气）注入到切割机的切割枪中。
然后，在枪头附近产生高压电弧，使气体份子发生电离，形成等离子体。
这些等离子体富含高能量的电子和离子。
2. 等离子体的加热
等离子体产生后，通过电流的作用，将其加热到非常高的温度。
这种高温等离
子体称为等离子弧。
等离子弧的温度可达到数千摄氏度，足以将金属材料加热到熔点以上。
3. 金属切割
等离子切割机将加热后的等离子弧聚焦到切割点上，使其与金属材料接触。
等
离子弧的高温和高能量会迅速将金属材料加热至熔化点，并在切割点上形成一个熔池。
同时，切割机会通过气体喷嘴向熔池中喷射高速气流，将熔化的金属吹散，实现切割作业。
4. 控制和调节
等离子切割机通常配备了控制系统，用于调节切割参数，如电流、气体流量和
喷嘴距离等。
通过合理的参数设置，可以控制切割深度、速度和质量。
等离子切割机的工作原理基于等离子体的高温和高能量。
通过产生和加热等离
子体，将金属材料加热至熔点以上，再利用气流将熔化的金属吹散，实现切割作业。
这种切割方式具有快速、精确和高效的特点，广泛应用于金属加工、创造业和建造行业等领域。
等离子体电子工程(20)—等离子体的生成方法I
b 点后，电流迅 达到真正放电中的那种电流持续流动的状态。在超过○ c 点就是所谓的放电着火状态，对应的电压 速增大而达到汤生放电。○
是 4.2 节中讲过的着火电压。 在图 5.3 中，放电从 c 点开始后会进入电流增加而电压下降的 c 至 d 点的阶段（前期辉光放电） 。产生这样的负阻现象（ dV / dI 0 ） 是因为等离子体电阻（ V / I ）随等离子体密度增加而变小。若我们再 增大电流， 那么放电就会进入电压一定的 d 至 e 阶段 （正常辉光放电） 。 造成这种定电压特性的原因是，电流密度 j 一定、面积 A 增加而导致 总电流 I Aj 增大。但是，电流超过流过全部阴极面积的 e 点后，放 电就要进入电流密度 j 增加而导致整个电流增大的 e 至 f 阶段（反常 辉光放电） 。 在以上放电开始的 c 点至 f 点的过程中，我们可以看到等离子体 的辉光现象，故这种放电称为辉光放电（glow discharge） 。进一步增 大电流，电压 V 会下降到电离电压值附近而到达 g 点，从而引起电 弧放电。对于这种从辉光到电弧（arc），这使等离子体的生成与维持变得困难。为解决这个问题，除了 上面说到的使用空心阴极的方法之外，利用磁场也是一种有效地方 法。这里 PIG 放电就是其中之一。它在压强低至 104 Pa 的情况下都可 以工作，并在溅射离子真空泵中得到应用。PIG（Penning ionization gauge）这个名称，来源于潘宁发明的冷阴极电离真空计。实际放电 装置的例子如图 5.2 所示，圆筒状阳极的轴向磁场（0.05~0.2T）是通 过给电磁线圈通电来获得的。 离子轰击位于轴方向两端的阴极面使得 二次电子逸出，这些二次电子在鞘层中被加速后沿磁力线方向运动。 它们一旦接近对面阴极，就会在该阴极鞘层中被加速后反射回来，即 电子被两阴极间的势阱限制在磁力线方向上。另一方面，磁场会有效 的抑制电子横跨磁力线在径向的扩散损失。于是，高能量电子的寿命 会变得较长，即使在低气压条件下也完全可能维持等离子体。 利用磁场的另一个方法是磁能管放电。其中，从阴极表面逸出的 二次电子被磁场捕捉，形成 EB 漂移，它们的寿命因此变长。我们在 5.5 节中要对这种放电进行详细叙述。此外，利用表面磁场的方法也 是有效地。
等离子发生器原理
等离子发生器原理
等离子发生器是利用等离子体产生高温、高压、高能量密度的设备，其原理涉及到物理学、电学、化学等多个学科领域。
等离子体是一种由自由电子、离子和中性粒子组成的高度电离气体，其中的粒子具有很高的能量和活性。
等离子发生器通过在气体中施加电场或磁场，使气体分子发生电离和解离，形成等离子体。
在等离子发生器中，通常使用气体放电来产生等离子体。
气体放电是指在气体中通过外加电场或磁场，使气体分子发生电离和解离，形成等离子体的过程。
气体放电可以通过多种方式实现，如直流放电、交流放电、微波放电等。
当气体放电发生时，气体分子被电离和解离，形成自由电子和离子。
这些自由电子和离子在电场或磁场的作用下，会发生加速和碰撞，产生更多的自由电子和离子，从而形成等离子体。
等离子体中的自由电子和离子具有很高的能量和活性，可以与其他气体分子发生化学反应，产生高温、高压、高能量密度的等离子体。
等离子发生器的应用非常广泛，如材料处理、表面改性、半导体加工、环境保护等领域。
在不同的应用领域中，等离子发生器的原理和结构可能会有所不同，但其基本原理都是通过气体放电产生等离子体。
等离子抛光原理
等离子抛光原理1. 引言等离子抛光是一种常用的表面处理方法，可以用于金属、陶瓷、玻璃等材料的抛光和修复。
它通过激发等离子体，利用其高能量来去除材料表面的缺陷或污染物，从而实现表面的平整和光滑。
本文将详细解释等离子抛光的基本原理。
2. 等离子体的生成在等离子抛光过程中，首先需要生成一个等离子体。
等离子体是由电离的气体分子和自由电子组成的高能量状态。
一般来说，等离子体可以通过两种方式生成：直接电弧放电和射频感应放电。
2.1 直接电弧放电直接电弧放电是通过在两个电极之间施加高压电场来产生一个电弧放电。
在这种情况下，气体中的分子会被高压电场击穿而形成一个带正负电荷的通道，即等离子通道。
通过这个通道流过的电流会加热气体并产生高温和高能量的等离子体。
2.2 射频感应放电射频感应放电是通过在一个线圈中施加高频交流电场来产生等离子体。
当高频电场作用于气体中时，气体分子会被激发并形成一个等离子体。
由于射频感应放电不需要两个电极，因此可以更容易地在复杂形状的工件表面上生成等离子体。
3. 等离子抛光的原理等离子抛光的原理基于等离子体的高能量和化学反应性。
当等离子体接触到材料表面时，它会引发以下几个过程：3.1 物理碰撞等离子体中的带电粒子（如正负离子）具有较高的动能，它们与材料表面上的原子或分子发生碰撞。
这些碰撞会传递能量给材料表面，并引起表面原子或分子的运动和位移。
通过这种物理碰撞作用，材料表面上的缺陷、凸起或污染物可以被去除或平整。
3.2 化学反应等离子体中的带电粒子也具有较高的化学活性，它们可以与材料表面上的原子或分子发生化学反应。
这些化学反应可以改变材料表面的化学组成，从而去除污染物或修复缺陷。
等离子体中的氧离子可以与金属表面上的氧化物发生反应，将其还原为金属。
3.3 熔融和再结晶等离子抛光过程中的高温和高能量也会导致材料表面的熔融和再结晶。
当材料表面被加热到足够高温时，它会部分熔化并形成液态相。
在冷却过程中，液态相会重新结晶为固态相。
PECVD的工作原理
PECVD的工作原理PECVD即等离子体增强化学气相沉积（Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition），是一种用于薄膜制备的技术。
它通过在反应室中生成和控制等离子体来沉积材料薄膜。
下面将详细介绍PECVD的工作原理。
1.等离子体的产生：等离子体是PECVD的关键部分，可以通过几种方式产生。
最常见的方法是通过将反应室内的气体电离来产生等离子体。
通过加入电压或放电电流来产生等离子体，电离的气体分子和碗粒在电场中被加速，形成激发态和离子。
这些活性粒子与反应室中的气体和基片相互作用，从而实现薄膜的沉积。
2.推动气体的选择：在PECVD中，推动气体通常选择稀释的惰性气体（如氩气）。
这些气体的主要作用是传递能量，使反应室内的气体电离，形成等离子体。
此外，推动气体还可帮助维持反应室内的稳定等离子体状态。
3.反应气体的选择：反应气体是PECVD中另一个重要的组成部分。
反应气体通过在等离子体中发生化学反应，形成沉积用的薄膜。
反应气体可以是有机气体、无机气体或二者的混合物，具体的选择取决于需要沉积的材料。
例如，硅氢化物（SiH4）和氨气（NH3）可用于沉积硅氮化薄膜。
4.基片的放置和加热：基片是PECVD中薄膜沉积的目标。
在工作过程中，基片通常被放置在等离子体发生装置的下方。
为了实现均匀的薄膜沉积，基片通常被加热。
加热可以提高反应的速率和质量，并使沉积的薄膜具有更好的附着力和致密性。
5.薄膜沉积：当等离子体和反应气体碰撞在基片上时，化学反应发生，形成沉积用的薄膜。
等离子体的存在可以降低活化能，从而使反应能够在较低的温度下发生。
此外，等离子体还可以提供足够的活性粒子来控制沉积的过程，如沉积速率、化学组成和薄膜性质。
6.控制和监测：PECVD过程中的控制和监测是确保薄膜具有所需性质的重要步骤。
通过调节反应气体的流量和压力，可以控制薄膜的厚度和化学组成。
同时，通过监测等离子体发生器的功率和频率，可以提供关于等离子体活性的信息。
等离子清洗的原理
等离子清洗的原理等离子清洗（Plasma Cleaning）是一种利用等离子体清洁材料表面的过程。
等离子体是由气体分子或原子在高温、低压条件下电离形成的带电粒子云，它具有高能量和高反应活性，能够迅速去除材料表面的有机和无机污染物。
1.等离子体产生：等离子体可以通过两种主要方式产生。
一是直接放电，即在清洗室中建立高电压电场，引发气体电离并形成等离子体。
第二种方式是放电产生的等离子体通过腔体进入清洗室中。
2.化学反应：等离子体中的带电粒子与物体表面接触后，发生一系列的化学反应。
等离子体中的活性粒子可以捕获氧、氮、氢等气体分子生成活性气体物种，如氧原子（O）、氮原子（N）和氢原子（H）。
3.活性粒子与污染物反应：活性物种在与污染物接触时会发生吸附、解离、氧化、还原等反应。
有机污染物往往通过活性粒子的氧化作用发生分解，而无机污染物则可能在等离子体中发生解离、聚合或形成熔融态物质。
4.清洗效果：由于等离子体具有高能量和高反应活性，它能够迅速去除材料表面的有机和无机污染物，使材料表面达到清洁的状态。
清洗室中的真空环境也有利于污染物的快速扩散和去除。
等离子清洗可用于许多不同类型的材料（如硅片、金属、塑料等）的清洗和表面活性化处理。
它可以去除表面的油脂、氧化物、有机残留物和金属杂质等污染物，提高材料表面的附着力和可镀性。
此外，等离子清洗还可以在微纳加工领域用于去除光刻胶、氧化膜等，在医学和生物领域用于杀灭细菌和病毒。
总之，等离子清洗的原理是通过产生具有高能量和高活性的等离子体，活性粒子与表面污染物发生化学反应，从而迅速去除材料表面的污染物。
这种清洗方法具有高效、环保和广泛适用性的特点，广泛应用于科学研究和工业生产中。
等离子切割机工作原理
等离子切割机工作原理引言概述：等离子切割机是一种常用于金属切割的高效工具。
它通过利用等离子体的高温和高速，将金属材料进行切割。
本文将详细介绍等离子切割机的工作原理。
一、等离子切割机的基本原理1.1 等离子体的生成等离子体是由电离的气体分子和自由电子组成的，它具有高温和高速的特性。
在等离子切割机中，通过将气体注入到切割枪中，然后通过高频电流或电弧放电的方式，将气体电离，形成等离子体。
1.2 等离子体的加热等离子体的高温是通过电弧放电或高频电流产生的。
电弧放电是通过两个电极之间的电流形成的，电流通过等离子体时会产生高温。
高频电流则是通过电磁感应的方式产生的，它可以使等离子体迅速加热。
1.3 等离子体的喷射等离子体在切割枪中被加热后，会通过喷嘴喷射出来。
喷嘴是一个细长的管道，它可以将等离子体聚焦并喷射到需要切割的金属材料上。
等离子体的高温和高速可以使金属材料迅速熔化和蒸发，从而实现切割的目的。
二、等离子切割机的工作过程2.1 准备工作在使用等离子切割机之前，需要进行一些准备工作。
首先，需要将切割枪与气体源连接好，并调整好气体流量和压力。
其次，需要选择合适的切割参数，包括等离子体的功率、喷嘴的直径等。
2.2 开始切割当准备工作完成后，可以开始进行切割。
操作人员需要将切割枪对准需要切割的金属材料，并按下启动按钮。
等离子体会从喷嘴中喷射出来，与金属材料接触后，将其加热至高温状态。
随着等离子体的喷射，金属材料会逐渐熔化和蒸发，形成切割口。
2.3 控制切割过程在切割过程中，操作人员需要通过调整切割参数来控制切割的效果。
例如，可以调整等离子体的功率来控制切割速度，调整喷嘴的直径来控制切割的精度。
操作人员还需要注意切割过程中的安全事项，如佩戴防护眼镜和手套等。
三、等离子切割机的应用领域3.1 金属加工行业等离子切割机在金属加工行业中得到广泛应用。
它可以用于切割各种金属材料，如钢铁、铝合金等。
由于等离子切割机具有高效、精确的特点，可以大大提高金属加工的效率和质量。
等离子体合成的机理
等离子体合成是一种通过高温等离子体的化学反应来合成新材料的过程。
它的机理涉及到离子和电子的相互作用，以下是一般的机理描述：1. 生成等离子体：首先，将原始物质或混合物引入高能量环境中，例如在等离子体发生器中，通过加热或施加电场来产生等离子体。
等离子体是电离气体，由正离子、负离子和自由电子组成。
2. 活性化原料：等离子体中的自由电子和离子以高能量碰撞相互作用，使原料分子激发或电离。
这些反应会生成活性离子、自由基和激发态分子等中间产物。
3. 化学反应：生成的活性离子和自由基会与原料中的其他分子发生化学反应，形成新的化合物。
这些反应通常是高能量、高速度和非热平衡的。
4. 结果产物：经过化学反应后，新的化合物会通过重新排列或重新组合的方式形成最终的产物。
这些产物通常具有比原料更高的纯度、更高的晶格质量和改进的物理化学性质。
总的来说，等离子体合成的机理涉及到对原料分子的激发和电离，以及活性离子和自由基的化学反应。
通过这些反应，可以在高能量的等离子体环境中合成新的材料。
这种合成方法在材料科学、化学工程和纳米技术等领域中有广泛的应用。
具体来说，等离子体合成是一种非线性物理学过程。
等离子体中的自由电子和离子组成了一种自由的电磁波场，通过它们之间的作用，能够促进原始物质的分子间化学键断裂和形成。
等离子体合成与传统的化学合成方法相比，具有以下优势:1. 产物纯度高：等离子体合成中，由于反应温度高且反应迅速，可获得比传统化学反应更高纯度的产物。
2. 催化效果显著：等离子体中存在着大量的自由电子，它们可以促进化学反应，起到类似于催化剂的作用。
3. 产物可定制化：通过调整等离子体合成过程中的温度、压力等参数，可以控制产物的尺寸、形状、晶体结构和物理化学性质，因此等离子体合成材料具有更高的可定制性。
由于等离子体合成具有以上优势，因此已经被用于合成一系列材料，包括纳米颗粒、石墨烯、石墨烯氧化物、二维材料等。
PECVD的工作原理
PECVD的工作原理PECVD（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition）是一种常用的薄膜沉积技术，通过在沉积过程中引入等离子体来提高反应速率和薄膜质量。
本文将介绍PECVD的工作原理，包括等离子体生成、沉积过程、薄膜生长、应用及优缺点。
一、等离子体生成1.1 等离子体是通过放电过程产生的，通常使用射频（RF）或微波（MW）等电磁场来激发气体分子。
1.2 电磁场会将气体分子激发至高能态，导致部分分子电离形成等离子体。
1.3 等离子体中的自由电子和离子会加速反应速率，促进薄膜的生长。
二、沉积过程2.1 沉积过程中需要将前驱体气体引入反应室，并在等离子体的作用下发生化学反应。
2.2 等离子体中的活性物种会与前驱体气体发生反应，生成沉积薄膜的组分。
2.3 沉积过程中控制反应条件（如温度、压力、功率等）可以调节薄膜的性质和厚度。
三、薄膜生长3.1 PECVD可以在较低的温度下生长多种材料的薄膜，包括氮化硅、氧化硅、氮化碳等。
3.2 薄膜的生长速率受到等离子体密度、功率密度、气体流量等因素的影响。
3.3 控制沉积速率和薄膜成分可以实现对薄膜性质的调控，满足不同应用的需求。
四、应用4.1 PECVD广泛应用于半导体、光伏、显示器件等领域，用于制备绝缘层、导电层、光学薄膜等。
4.2 PECVD薄膜具有较好的均匀性、致密性和化学稳定性，适用于复杂结构和高性能器件的制备。
4.3 PECVD还可以与其他沉积技术（如PECVD、ALD等）结合使用，实现多层膜的沉积和功能性薄膜的制备。
五、优缺点5.1 优点：PECVD可以在较低的温度下生长薄膜，具有较高的生长速率和较好的均匀性。
5.2 缺点：需要复杂的气体控制系统和等离子体发生器，设备成本较高；沉积过程中可能会产生杂质和缺陷。
5.3 随着技术的不断发展，PECVD在材料沉积和器件制备方面仍具有广阔的应用前景。
综上所述，PECVD作为一种重要的薄膜沉积技术，具有独特的工作原理和广泛的应用领域。
低温等离子杀菌原理
低温等离子杀菌是一种使用等离子体技术对物体表面的微生物进行杀灭或去除的方法。
其基本原理如下：
1.等离子体生成：在低温等离子杀菌系统中，通过加入电场或射频电源，在较低压力下产
生等离子体。
这些等离子体主要由气体分子电离而形成，包括正离子、负离子和自由电子。
2.活性物种产生：在等离子体中，高能带电粒子与气体分子碰撞，激发并释放出各种活性
物种，如自由基（如氧自由基、氮自由基）、臭氧、紫外线等。
这些活性物种具有较强的氧化性和杀菌作用。
3.杀菌过程：生成的活性物种会通过接触和反应，直接破坏微生物的细胞膜、核酸、蛋白
质等重要组分，导致细胞死亡。
活性物种可以扩散到所需杀菌的物体表面和周围环境，从而实现全面的杀菌效果。
4.低温控制：相对于常规的高温杀菌方法，低温等离子杀菌具有较低的操作温度，通常在
室温或接近室温下进行。
这种低温特性使其适用于对热敏感物体的杀菌处理，避免了高温处理可能引起的质量损失和活性成分的破坏。
综上所述，低温等离子杀菌利用产生的等离子体和活性物种，通过氧化反应直接破坏微生物的细胞结构和功能，从而实现杀灭或去除微生物的目的。
该技术广泛应用于食品工业、医疗卫生领域以及其他需要低温杀菌的领域，为物体表面提供高效、可靠的杀菌措施。
等离子体的定义
等离子体的定义等离子体是一种高度激发的气体状态，其特点是电离程度高，电子和离子大量存在，并且呈现出整体性的行为。
等离子体存在于宇宙的各个角落，包括恒星、行星、星际空间以及地球的大气层等地方。
在地球上，等离子体可以通过物理、化学和生物等不同的途径产生，具有广泛的应用价值。
等离子体的形成是由于物质中的原子或分子发生电离，即失去或获得了电子。
当物质中的能量达到一定水平时，部分原子或分子的外层电子被激发到高能级，从而脱离原子或分子形成自由电子和离子。
这些自由电子和离子的存在使得等离子体具有导电性和磁性等特性，使其在电磁场中表现出复杂的行为。
等离子体的存在在宇宙中非常普遍。
例如，恒星就是由等离子体组成的。
恒星内部的高温和高压条件使得气体原子电离，形成等离子体。
恒星中的等离子体通过核聚变反应释放出巨大的能量，维持恒星的亮度和稳定性。
地球上的大气层中也存在着等离子体。
电离层是地球大气层中具有电离现象的区域，其中的等离子体主要由太阳辐射和宇宙射线引起。
电离层对地球的无线电通信和导航系统起着重要的作用，因为它能够反射和折射无线电信号，使得远距离通信成为可能。
等离子体还在科学研究和工业应用中发挥着重要作用。
在核聚变研究中，等离子体是实现核聚变反应的基础。
科学家们利用强大的磁场和高温条件，将氢等离子体加热到足够高的能量水平，使氢原子核发生聚变反应，释放出巨大的能量。
这种核聚变反应被认为是未来清洁能源的一种可能。
在工业应用中，等离子体的利用也非常广泛。
等离子体处理技术可以用于表面处理、材料改性、污染治理等领域。
等离子体处理能够使材料表面发生化学反应，增强材料的粘附性、硬度和耐腐蚀性。
此外，等离子体还可以用于气体放电激光器、等离子体显示器等高科技领域。
等离子体作为一种高度激发的气体状态，在宇宙中广泛存在，并具有重要的应用价值。
无论是恒星内部的核聚变反应，还是地球大气层中的电离层，都离不开等离子体的存在。
在核聚变研究和工业应用中，等离子体的特性和行为也得到了广泛的研究和应用。
等离子清洗机工作原理
等离子清洗机工作原理清洗机是一种常用于工业生产中的设备，用于清洗各种零部件、工件或者产品。
等离子清洗机是其中一种常见的清洗设备，它利用等离子体的物理性质进行清洗。
下面将详细介绍等离子清洗机的工作原理。
一、等离子体的生成等离子体是一种高度电离的气体，由带有正电荷的离子和带有负电荷的电子组成。
在等离子清洗机中，等离子体是通过高频电场或者直流电弧产生的。
1. 高频电场产生等离子体：等离子清洗机中的高频电源会产生高频电场，当气体通过电场时，会发生电离现象，部份气体份子会失去电子而成为正离子，而电子则成为负离子。
这样产生的等离子体可以用于清洗工件表面。
2. 直流电弧产生等离子体：等离子清洗机中的直流电源会产生直流电弧，当电弧穿过气体时，气体份子会发生电离现象，形成等离子体。
这种等离子体通常用于清洗金属工件。
二、等离子清洗的原理等离子清洗机利用等离子体的物理性质进行清洗。
清洗过程中，等离子体与工件表面发生相互作用，实现去除污垢的目的。
1. 离子轰击清洗：等离子体中的正离子会对工件表面进行轰击，这种轰击作用可以去除表面的污垢、油脂、氧化物等。
正离子的能量和轰击效果可以通过调节电压和电流来控制。
2. 化学反应清洗：等离子体中的离子和工件表面的物质发生化学反应，形成新的化合物，从而去除表面的污垢。
例如，氧离子可以与金属表面的氧化物反应，生成易溶于水的化合物，实现清洗效果。
3. 等离子体激发清洗：等离子体中的电子和工件表面的物质发生碰撞，使其激发或者电离，从而改变表面的性质。
这种清洗方式通常用于表面改性，例如增加表面的粗糙度、增强附着力等。
三、等离子清洗机的工作流程等离子清洗机的工作流程可以分为预处理、清洗和后处理三个步骤。
1. 预处理：在清洗之前，需要对工件进行预处理。
预处理可以包括去除大颗粒的污垢、油脂或者涂层等。
这一步骤可以通过机械清洗、溶剂清洗或者热处理来完成。
2. 清洗：在清洗过程中，工件被放置在等离子清洗机的清洗室中。
等离子清洗机工作原理
等离子清洗机工作原理清洗机是一种常见的工业设备，用于清洗各种材料表面的污垢和油脂。
等离子清洗机是一种利用等离子体技术进行清洗的设备，其工作原理主要包括等离子体生成、离子轰击和表面清洗三个步骤。
1. 等离子体生成等离子体是一种高能量、高活性的气体，由于其特殊的化学性质，可以有效地去除材料表面的污垢和油脂。
等离子清洗机通过在清洗室内产生等离子体来实现清洗目的。
普通来说，等离子体可以通过电离气体或者射频辐射产生。
其中，电离气体产生等离子体的方式包括电子轰击和高频电离两种。
电子轰击是通过电子束或者电子枪轰击气体份子，将其电离成等离子体。
高频电离则是利用高频电场将气体电离成等离子体。
2. 离子轰击等离子体生成后，离子轰击是清洗过程中的关键步骤。
离子轰击是指将等离子体中的离子加速并撞击到材料表面上，以去除表面的污垢和油脂。
离子轰击可以通过电场或者磁场加速离子，使其具有足够的能量撞击到材料表面。
离子轰击的能量和角度可以根据清洗要求进行调节，以确保清洗效果的达到。
3. 表面清洗离子轰击后，材料表面的污垢和油脂会被清洗掉。
清洗机通常会配备喷淋系统，将清洗剂喷洒在材料表面，进一步去除残留的污垢和油脂。
清洗剂可以根据不同的材料和清洗要求进行选择，常见的清洗剂包括水、酸碱溶液和有机溶剂等。
清洗剂可以溶解污垢和油脂，并在清洗过程中保持材料表面的光洁度和平整度。
等离子清洗机的工作原理是基于等离子体技术的，通过生成等离子体、离子轰击和表面清洗三个步骤，有效地去除材料表面的污垢和油脂。
不同的清洗机可能采用不同的等离子体生成方式和离子轰击方式，但整体的工作原理是相似的。
等离子清洗机在各种工业领域中得到广泛应用，例如电子创造、汽车创造和航空航天等领域，可以提高产品质量和生产效率。
等离子体的生成方式
本章主要内容第6章 等离子体的生成方法6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 各种直流放电方法与放电模式 辉光放电与低温等离子体 电弧放电与热等离子体 高频放电产生等离子体 微波放电产生等离子体6.1 各种直流放电方法与放电模式•直流放电法– 冷阴极放电 – 热阴极放电 – 空心阴极放电 – 磁场辅助放电（磁控管放电）" 直流放电的特征：1. 电极上所加电压在极性上是恒定的，正电位端为阳极、负电位为阴极； 2. 等离子体的生成与维持主要通过阴极鞘层中的电子加速和等离子体中的 焦耳加热来实现；• 冷阴极放电与热阴极放电的区别– 冷阴极放电依靠阴极的二次电子发射来维持放 电，热阴极依靠阴极本身的热电子发射来维持放 电； – 热阴极放电需要较高的阴极温度 （1000‾3000oC），但在低气压（如0.1Pa）下 仍能维持放电； – 冷阴极放电需要较高的着火电压与放电维持电压 （用于加速离子），而热阴极放电的放电维持电 压较低； – 冷阴极放电器件不需要加热灯丝有较长的寿命， 且节能，热阴极放电器件有较高的功率；• 空心阴极放电的原理与优点– 阴极面积大，易于产生较高的电流密度，从而 得到高密度等离子体； – 空心阴极放电的阴极属冷阴极，依靠二次电子 发射维持放电； – 空心阴极有利于提高电离效率• 径向电子运动在一定条件下可以维持很长的寿命， 从而增加其参与电离的次数（条件：平均自由程大 于圆筒半径，阴极表面的鞘层厚度小于圆筒半径， 电子在另一侧鞘层内被反射） • 阳极面积小，可以减少阳极对电子的吸收，加强放 电；• 利用磁场的潘宁电离规– PIG, (Penning ionization gauge)； – 磁场(～0.1T)辅助放电器件适合用于压强很低 情况下（10-4Pa）放电; – 磁场起引导作用，使其在两端阴极之间来回运 动，增长其寿命，加强放电； – 属冷阴极放电，二次电子维持放电；• 磁控管放电– 属冷阴极放电，二次电子维持放电； – 阴极表面的磁场与正交电场使电子产生E×B漂移，电子作旋 转式摆线运动，增长了电子的寿命； – 主要应用：磁控 溅射 – 参数范围：气压 mTorr，放电电 压几百伏 – 高能离子撞击阴 极溅射出阴极材 料，堆积到对面 基板形成薄膜三耙磁控溅射仪• 直流放电模式– 标准直流放电模式（V-I关系，伏-安特性）提示：电压可调节，电阻会分压• 直流放电模式分析– a‾b: 放电开始阶段，电流随电压的升高而增加，形成 的微弱电流不稳定（暗流）； – b‾c: 着火阶段，到达着火电压后，电流迅速增大，c点 即放电着火状态； – c‾d: 前期辉光放电阶段，电流增大，电压却下降，产 生负阻（原因：等离子体密度的增加使等离子体电阻 变小）； – d‾e: 正常辉光放电阶段，增大电流，电压一定（原因： 电流密度一定，导电面积增加）； – e‾f: 反常辉光放电阶段，电压随电流增大（导电面积 饱和）； – f‾g: 过渡到弧光放电；" c~f过程可以看到等离子体的辉光现象，故称这种放电为辉光放电（glow discharge）6.2 辉光放电与低温等离子体•辉光（glow）明亮、温暖而又稳定的光；•是直流放电中的一种形态，常见于低温冷等离子体（低温、非平衡）；•日光灯、PDP中的放电都属于辉光放电；•近年半导体加工工艺中用到的高频放电也会产生类似现象，称为射频(RF)辉光放电•辉光放电的放电特征–发光区域的划分–外加直流电压主要加在阴极到负辉区之间(d c )–p d c 对应帕邢曲线最小着火电压处的值–负辉区和法拉第暗区出现的理由–正柱区是准中性的等离子体区域–阳极附近存在阳极暗区，是阳极鞘层（电子鞘层）6.3 电弧放电与热等离子体•电弧放电–气体放电中最强烈的一种自持放电，当电源提供较大功率的电能时，若极间电压不高（约几十伏），两极间气体或金属蒸气中可持续通过较强的电流（几安至几十安），并发出强烈的光辉，产生高温，这就是电弧放电；–电弧是一种常见的热等离子体（T=T i，平衡）；e–电弧放电最显著的外观特征是明亮的弧光柱和电极斑点，电弧分短弧和长弧；–在外力作用下，如气流、磁场，电弧会迅速移动、拉伸或蜷曲；–电弧放电中阴极电子的发射方式一般为热电子发射或场致发射用于生成碳纳米管的100A电弧体育场用弧光照明系统汽车的氙气灯电弧形貌电弧照明160kV下的强电弧，电极间距30cm电弧喷涂电弧焊接•热电子发射电弧放电–在辉光放电中，随着放电电流的增大，大量高能量等离子体碰撞阴极使其温度上升–阴极热电子发射满足Richardson-Dushman方程，其饱和电子发射流随温度升高而增大–当放电的V-I特性曲线与外电路的负载直线相交时，放电电流趋于稳定–阴极材料选择对实现弧光放电很重要，常见的有钨、钼等Richardson-Dushman方程•场致发射弧光放电–在常温状态下，对阴极表面施加强电场，由于隧道效应，电子从阴极发射出来；–当等离子体电位达到100V以上时，接地等离子体容器内的污染表面容易出现许多闪烁辉点，这也是一种场致发射引起的电弧放电－微电弧；–在很多场合下，热电子发射和场致发射兼有；–典型应用：水银电弧。
等离子清洗机原理
等离子清洗机原理
等离子清洗机是一种利用等离子体技术进行表面清洗和处理的设备。
其原理主要涉及等离子体的生成和作用。
下面是等离子清洗机的工作原理的简要介绍：
1.等离子体生成：等离子清洗机通过电离气体产生等离子体。
通常使用高频电源或直流电源提供电能，通过电场或电子轰击将气体中的原子或分子电离，形成等离子体。
2.等离子体作用：等离子体由正离子、负离子和自由电子组成，具有高能量和高反应性。
正离子可以通过碰撞作用去除杂质和表面污染物，负离子可以中和表面的电荷，自由电子可以促进表面的化学反应。
3.清洗效果：等离子清洗机在清洗物体表面时，利用等离子体的能量和化学反应性，能够去除表面的污染物、氧化层、油脂等。
等离子清洗可以在不使用溶剂、水或机械刷洗的情况下，实现高效而环保的表面清洗。
4.参数调控：等离子清洗机的清洗效果可以通过调控参数来实现。
例如，调整电离气体的种类和浓度、调节电离功率和电场强度、控制清洗时间等，可以影响等离子体的生成和作用，从而调整清洗效果。
需要注意的是，不同类型的等离子清洗机可能具有略有不同的工作原理和参数设置。
此外，等离子清洗机在使用过程中需要注意安全操作，确保操作人员的安全和设备的正常运行。
在具体应用中，建议参考设备制造商提供的使用手册和操作指南，以获得更详细和准确的工作原理和操作指导。
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n2o等离子体
n2o等离子体摘要：1.N2O 等离子体的概述2.N2O 等离子体的产生方式3.N2O 等离子体的应用4.N2O 等离子体的环境和安全问题正文：一、N2O 等离子体的概述2O 等离子体，即一氧化二氮等离子体，是一种由一氧化二氮(N2O) 分子和电子组成的带电粒子群体。
在工业和科研领域中，N2O 等离子体被广泛应用于各种化学反应、材料表面处理和环境保护等技术中。
二、N2O 等离子体的产生方式2O 等离子体的产生主要依赖于高能电子或离子束的轰击。
当高能电子或离子束射向N2O 分子时，会从分子中剥离出电子，形成带正电荷的N2O 离子和自由电子，从而形成N2O 等离子体。
三、N2O 等离子体的应用1.化学反应：N2O 等离子体可以作为反应介质，参与各种化学反应，例如氧化还原反应、聚合反应等。
由于N2O 等离子体具有高的反应活性和选择性，因此可以提高反应的效率和选择性。
2.材料表面处理：N2O 等离子体可以用于材料表面的处理，例如清洗、去除氧化物、改善表面性能等。
N2O 等离子体的高活性和氧化性使其在材料表面处理中具有优异的表现。
3.环境保护：N2O 等离子体可以用于大气污染物的去除，例如去除一氧化碳、氮氧化物等。
N2O 等离子体可以与污染物分子发生反应，形成无害的物质，从而达到环境保护的目的。
四、N2O 等离子体的环境和安全问题虽然N2O 等离子体在工业和科研领域中具有广泛的应用，但是其对环境和人体健康的影响不容忽视。
N2O 等离子体可以与水反应生成硝酸，对环境和水体造成污染。
同时，N2O 等离子体具有氧化性，对人体健康也有一定的危害。
等离子体技术的原理及应用
等离子体技术的原理及应用等离子体技术指的是使用高温、高压或电磁场等手段将物质转化成等离子体，通过等离子体对物质进行处理、加工的科技领域。
等离子体是一种由离子与电子组成的高度电离的物质状态，具有各种特殊性质，如高温、高密度、高能量以及各种放电现象。
等离子体技术的应用范围非常广泛，包括半导体电路加工、材料表面处理、环境净化等领域。
等离子体是怎样产生的？等离子体是由离子（带正电荷）和自由电子（带负电荷）组成的。
通常情况下，离子和电子都被束缚在原子核和电子壳层之间。
但是，在一定的条件下，这些束缚可以被破坏，形成等离子体。
等离子体的生成方式主要有以下几种：1. 热等离子通过高温来激发原子或分子的电子。
在大多数情况下，高温等离子的温度范围在5000-20000K之间。
2. 电弧等离子在电弧空气中，电子和正离子被产生并被强电场加速。
在这种情况下，电弧区域被转化成等离子体。
3. 高强度激光等离子通过激光束的高强度和高功率，可以将固体、液体和气体等转化成等离子体。
等离子体技术的应用等离子体技术在科技领域的应用非常广泛，包括半导体电路加工、材料表面处理、环境净化等领域。
1.半导体电路加工等离子体技术在半导体工艺中扮演着重要角色。
通过等离子体来清除半导体表面的污染物和杂质，提高半导体器件的性能和使用寿命。
另外，等离子体还可以用于刻蚀光刻胶和创建晶体管等微细结构。
2.材料表面处理等离子体技术也被广泛应用于材料表面处理。
例如，等离子体喷涂可以产生覆盖高质量阻抗和高耐磨表面的涂层。
等离子体处理还可以提高材料表面的润滑性、耐腐蚀性和耐热性。
3.环境净化等离子体技术还可以用于环境净化。
例如，电容放电等离子体技术可以净化空气中的污染物和臭氧，达到地球和宇宙空间环境的要求。
等离子体技术还可以用于水处理和垃圾处理等环境问题。
结语等离子体技术的广泛应用为人们的生产和生活带来了诸多便利。
同时，我们也需要深刻认识到等离子体技术的重要性和潜在风险，加强规范使用，推动其持续健康发展。
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本章主要内容第6章 等离子体的生成方法6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 各种直流放电方法与放电模式 辉光放电与低温等离子体 电弧放电与热等离子体 高频放电产生等离子体 微波放电产生等离子体6.1 各种直流放电方法与放电模式•直流放电法– 冷阴极放电 – 热阴极放电 – 空心阴极放电 – 磁场辅助放电（磁控管放电）" 直流放电的特征：1. 电极上所加电压在极性上是恒定的，正电位端为阳极、负电位为阴极； 2. 等离子体的生成与维持主要通过阴极鞘层中的电子加速和等离子体中的 焦耳加热来实现；• 冷阴极放电与热阴极放电的区别– 冷阴极放电依靠阴极的二次电子发射来维持放 电，热阴极依靠阴极本身的热电子发射来维持放 电； – 热阴极放电需要较高的阴极温度 （1000‾3000oC），但在低气压（如0.1Pa）下 仍能维持放电； – 冷阴极放电需要较高的着火电压与放电维持电压 （用于加速离子），而热阴极放电的放电维持电 压较低； – 冷阴极放电器件不需要加热灯丝有较长的寿命， 且节能，热阴极放电器件有较高的功率；• 空心阴极放电的原理与优点– 阴极面积大，易于产生较高的电流密度，从而 得到高密度等离子体； – 空心阴极放电的阴极属冷阴极，依靠二次电子 发射维持放电； – 空心阴极有利于提高电离效率• 径向电子运动在一定条件下可以维持很长的寿命， 从而增加其参与电离的次数（条件：平均自由程大 于圆筒半径，阴极表面的鞘层厚度小于圆筒半径， 电子在另一侧鞘层内被反射） • 阳极面积小，可以减少阳极对电子的吸收，加强放 电；• 利用磁场的潘宁电离规– PIG, (Penning ionization gauge)； – 磁场(～0.1T)辅助放电器件适合用于压强很低 情况下（10-4Pa）放电; – 磁场起引导作用，使其在两端阴极之间来回运 动，增长其寿命，加强放电； – 属冷阴极放电，二次电子维持放电；• 磁控管放电– 属冷阴极放电，二次电子维持放电； – 阴极表面的磁场与正交电场使电子产生E×B漂移，电子作旋 转式摆线运动，增长了电子的寿命； – 主要应用：磁控 溅射 – 参数范围：气压 mTorr，放电电 压几百伏 – 高能离子撞击阴 极溅射出阴极材 料，堆积到对面 基板形成薄膜三耙磁控溅射仪• 直流放电模式– 标准直流放电模式（V-I关系，伏-安特性）提示：电压可调节，电阻会分压• 直流放电模式分析– a‾b: 放电开始阶段，电流随电压的升高而增加，形成 的微弱电流不稳定（暗流）； – b‾c: 着火阶段，到达着火电压后，电流迅速增大，c点 即放电着火状态； – c‾d: 前期辉光放电阶段，电流增大，电压却下降，产 生负阻（原因：等离子体密度的增加使等离子体电阻 变小）； – d‾e: 正常辉光放电阶段，增大电流，电压一定（原因： 电流密度一定，导电面积增加）； – e‾f: 反常辉光放电阶段，电压随电流增大（导电面积 饱和）； – f‾g: 过渡到弧光放电；" c~f过程可以看到等离子体的辉光现象，故称这种放电为辉光放电（glow discharge）6.2 辉光放电与低温等离子体•辉光（glow）明亮、温暖而又稳定的光；•是直流放电中的一种形态，常见于低温冷等离子体（低温、非平衡）；•日光灯、PDP中的放电都属于辉光放电；•近年半导体加工工艺中用到的高频放电也会产生类似现象，称为射频(RF)辉光放电•辉光放电的放电特征–发光区域的划分–外加直流电压主要加在阴极到负辉区之间(d c )–p d c 对应帕邢曲线最小着火电压处的值–负辉区和法拉第暗区出现的理由–正柱区是准中性的等离子体区域–阳极附近存在阳极暗区，是阳极鞘层（电子鞘层）6.3 电弧放电与热等离子体•电弧放电–气体放电中最强烈的一种自持放电，当电源提供较大功率的电能时，若极间电压不高（约几十伏），两极间气体或金属蒸气中可持续通过较强的电流（几安至几十安），并发出强烈的光辉，产生高温，这就是电弧放电；–电弧是一种常见的热等离子体（T=T i，平衡）；e–电弧放电最显著的外观特征是明亮的弧光柱和电极斑点，电弧分短弧和长弧；–在外力作用下，如气流、磁场，电弧会迅速移动、拉伸或蜷曲；–电弧放电中阴极电子的发射方式一般为热电子发射或场致发射用于生成碳纳米管的100A电弧体育场用弧光照明系统汽车的氙气灯电弧形貌电弧照明160kV下的强电弧，电极间距30cm电弧喷涂电弧焊接•热电子发射电弧放电–在辉光放电中，随着放电电流的增大，大量高能量等离子体碰撞阴极使其温度上升–阴极热电子发射满足Richardson-Dushman方程，其饱和电子发射流随温度升高而增大–当放电的V-I特性曲线与外电路的负载直线相交时，放电电流趋于稳定–阴极材料选择对实现弧光放电很重要，常见的有钨、钼等Richardson-Dushman方程•场致发射弧光放电–在常温状态下，对阴极表面施加强电场，由于隧道效应，电子从阴极发射出来；–当等离子体电位达到100V以上时，接地等离子体容器内的污染表面容易出现许多闪烁辉点，这也是一种场致发射引起的电弧放电－微电弧；–在很多场合下，热电子发射和场致发射兼有；–典型应用：水银电弧。
液体水银作为阴极，水银蒸汽在电场作用下电离，在低电压下能产生kA数量级的电流。
在液体表面会有来回闪动的白色光点（阴极辉点），全部放电电流集中在辉点上。
水银电弧可用于大电流整流或辐射紫外线消毒等。
6.4 高频放电产生等离子体• 为什么要采用高频放电或微波放电产生等离子体– 直流辉光放电产生的低温等离子体的密度在1015/m-3左 右（较低），工作气压较高，在1Torr左右 – 直流电弧放电产生的等离子体是热等离子体，多利用 其热效应，温度较高 – 现代LSI制作工艺要求实现超微细、大面积、高速度加 工，低温等离子体必须具备低气压（‾1Pa）、大口径/ 面积均匀（～0.4m）、高密度（‾1017m-3）等特性， 同时满足以上三个条件不容易• 低气压、大口径、高密度三个条件之间的矛盾关系– 气压越低，由于 Da ∝ κ Te / p ， 双极扩散越快，即电子与离 子的损失速率越大，使等离子体密度向降低的趋势发展； – 要得到高密度等离子体，需要提高放电功率，但如果提高 的功率无法用于电离，仍然是无用的（当鞘层电位差变 大，离子经过鞘层被阴极吸收会带走功率）。
– 气压变低不利于得到高密度等离子体；• 高频放电或微波放电方法的优点– 可保持较低的等离子体－电极间电位差 – 有利于提高功率，并提高电子的能量吸收效率 – 使低气压下产生高密度等离子体成为可能；• 高频电磁场或微波的天线耦合加载方式– 高频放电或微波放电是由天线（或电极）从外部得到 功率，通过电磁场对电子的加速作用来维持等离子体 – 天线周围的电磁场由三个不同成分构成⎧ 1 1 1 ⎫ Idz − ikr sin + θ e Eθ = A ⎨− + 2 3⎬ ( ) ( ) kr k r kr ⎩ ⎭ 4π( A = k 2 µ0 / ε 0 , k = ω / c)(由z向电流 Ieiε t产生 ) 三个成分： 1 ：电(磁)波 微波段 kr ω,r较大占优 1 ：感应电场 高频段 (kr ) 2 ω,r中等占优 1 ：静电场 (kr )3 ω,r较小占优• 三种天线耦合方式– 三种方式分别应用耦合场中的不同成份 – 静电耦合主要利用静电场成份来加速电子，又称电容耦 合，产生电容耦合等离子体 – 感应耦合利用感应电场成份，无外加磁场时产生感应耦合 等离子体，有外加磁场时产生螺旋波等离子体 – 电磁波耦合利用电磁波成份为等离子体提供能量，无外加 磁场时产生表面波等离子体，有外加磁场时产生电子回旋 共振(ECR)等离子体•电容耦合等离子体（Capacitively coupled plasma, CCP）CB：直流隔离电容， M.B.(Matching Box)：匹配器 典型参数：压强10～1000Pa，电极间距1～5cm，高频功率20～ 200W，高频频率13.56MHz电容耦合高频放电原理Sheath+ – +++ –PotentialBulk Plasma Sheath– + – – + – ++– +–SubstrateX direction~ V0 cos(ωt )Density of : Electron and Ion••1D 1DRF RFVoltage-Driven Voltage-DrivenSystem System• 自给偏压(Self-bias)– 由于A电极接地，其有效面 积大于K电极，形成非对称 放电 – 在只有交流电压的K电极上 会自动生成负直流电压VDC （即自给偏压） – CB的存在，保证了VDC不为 零，VDC<0 – VK(t)=VDC+VRFsinωt – 实质上是鞘层起到类似二级 管的整流作用 – 离子响应慢，受平均电位分 布作用，在自给偏压作用下 撞击K电极VDC = CK − C A VRF CK + C A• 高频功率的输入机理– 外加高频电场对电子的加速作用，电子吸收高 频功率有三种机制：• 等离子体区域的焦耳加热（α放电，有碰撞） • 鞘层内二次电子逸出后被加速（ γ放电，无碰撞） • 由于鞘层振荡产生的统计加热（费米加速）费米加速• 高频放电的优点– 容易产生大口径等离子体； – 在加有高频(RF)电压的电极上会产生负直流电 压（自给偏压），可加速正离子轰击K电极， 也可用于加工工艺； – 可通过双高频电源方案同时控制离子轰击能量 （自给偏压）和离子通量（等离子体密度）； （一般，放电用高频电压采用较高频率13.56～ 60MHz，控制自给偏压的电极采用较低频率 0.5～2.0MHz） – 即使绝缘膜堆积在电极上，也可以稳定地维持 等离子体状态Dual-Frequency CCP Reactor~ J h cos(ωht )+ SheathBulk Plasma –••Drawbacks Drawbacksof ofsingle-frequency single-frequency(SF) (SF) capacitively capacitivelycoupled coupledplasma plasma(CCP) (CCP) 9 Low density → Low etch rate 9 No independent control of ion flux and bombardment energy++ –+– + – – + – +Sheath + –+– Dual-Frequency (DF) CCP~ J l cos(ωl t )ions→ Critical application for dielectric etchi.e. f h = 27 MHz, f l = 2 MHzSpecification of EquipmentsSCCM-TE (TEL) Exelan-CFE (Lam) Enalber (AMT)D92 SAC EtcherD92 SiN mask Etcher-~60MHz~162MHz~▶ Dual-CCP 4.5cm, 30mT ▶ Uniformity : - Dual cathode - Dual gas feed2MHz▶ Narrow Dual-CCP : 2.0cm, 40mT ▶ PR Selectivity : Heated top electrode ▶ Uniformity : Dual gas feed~ 13.56MHz▶ VHF Dual-CCP : Very High Freq. 3.2cm, 30mT ▶ High E/R & PR Sel. : Very High frequency ▶ Uniformity : - CSTU : Vertical B-Field - NSTU : Dual gas feed• 感应耦合等离子体(Inductively couples plasma, ICP)– 无外加磁场时，高频放电可分为电场型(E)放电 和磁场型(H)放电 – E放电是天线（电极）表面电荷产生的静电场E 导致的放电，如前面的CCP – H放电是天线电流产生的磁场H导致的放电（H 随时间变化产生感应电场） – 利感应电场来加速电子来维持放电的等离子体 称为感应耦合等离子体 – 两种情况下的放电也称为容性放电与感性放电• 感应耦合的天线耦合 方式– 感应电场在等离子体 内部产生涡流平面天线耦合 柱形天线耦合• ICP原理及等效电路– 环绕线圈通13.56MHz高频 电流 – 等离子体中的电子受感应 电场作用被加速 – 由于碰撞的存在，电子将 吸收的电磁能转移，产生 焦耳加热。