丁選程

摘 要：目前，低溫等離子體技術(shù)在諸多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，人們對(duì)低溫等離子體技術(shù)的研究也在深入發(fā)展?！暗入x子體”作為一個(gè)新名詞，許多人對(duì)此比較陌生。對(duì)等離子體的特性及其應(yīng)用技術(shù)作一簡(jiǎn)單介紹，以幫助人們對(duì)其有一個(gè)初步認(rèn)識(shí)。

關(guān)鍵詞：低溫等離子體；特性；技術(shù)應(yīng)用

隨著低溫等離子體技術(shù)在許多科學(xué)領(lǐng)域、工程項(xiàng)目中的廣泛使用，“等離子體”這個(gè)新名詞已經(jīng)與高新科技緊密相連，但許多人對(duì)此比較陌生。本文對(duì)等離子體的特性和應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹，以使人們對(duì)等離子體技術(shù)有一個(gè)初步認(rèn)識(shí)和了解。

一、等離子體特性介紹

1.等離子體的概念

等離子體作為一種高新技術(shù)，人們通俗地稱其為“物質(zhì)的第四態(tài)”。等離子體是由許多能夠流動(dòng)并且?guī)щ姷牧Ｗ訕?gòu)成的物質(zhì)系統(tǒng)。人們對(duì)等離子體比較陌生，是因?yàn)樵谄綍r(shí)人們很難接觸到等離子體，因?yàn)橐话闱闆r下，大多數(shù)物質(zhì)以固態(tài)、液態(tài)及氣態(tài)三種形式存在。但實(shí)事上，地球上99%的物質(zhì)都是以等離子體狀態(tài)存在的，因?yàn)榈厍虮浑婋x層所包圍。在實(shí)驗(yàn)室中運(yùn)用不同的氣體放電方式也能產(chǎn)生等離子體。一般情況下用于新材料表面改性或合成新材料的等離子體，通常是由低氣壓放電產(chǎn)生的。

2.等離子體的描述

等離子體的存在狀態(tài)一般決定于它的粒子密度、粒子溫度和化學(xué)成分等物理化學(xué)參數(shù)，一般常用粒子密度與溫度兩個(gè)基本參數(shù)來描述等離子體的存在狀態(tài)。而我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室條件下利用氣體放電產(chǎn)生的等離子體，是由離子、電子、中性粒子或粒子團(tuán)組成的。所以，描述等離子體的密度參數(shù)和溫度參數(shù)時(shí)，主要使用：溫度Te與電子密度ne、離子密度ni與溫度Ti以及中性粒子密度ng與溫度Tg。通常情況下，要使等離子體呈現(xiàn)宏觀上的電中性，就必須使等離子體處在一個(gè)平衡狀態(tài)，即電子密度與離子密度基本相等，ne≈ni=n0。

3.等離子體的特性

一是等離子體宏觀上呈電中性。通常情況下，等離子體呈現(xiàn)的是電中性，但是其如果受到某種擾動(dòng)，它的內(nèi)部就會(huì)出現(xiàn)局部電荷分離，就會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)。比如，在等離子體中放入一個(gè)帶正電荷的小球，它就會(huì)吸引等離子體中的電子，排斥離子，從而在小球周圍形成一個(gè)帶負(fù)電的球狀“電子云”。

二是等離子體具有振蕩性。通常情況下，等離子體在處于平衡狀態(tài)時(shí)，宏觀看其密度分布是均勻的，但從微觀來看，其密度分布是有漲有落，是不均勻的，并且這種密度漲落具有振蕩性。

三是等離子體具有鞘層現(xiàn)象。因?yàn)榈入x子體在開始時(shí)處在準(zhǔn)電中性狀態(tài)，如果在等離子體中懸浮一個(gè)不導(dǎo)電的絕緣基板，此時(shí)等離子體中的離子與電子都會(huì)朝著這個(gè)基板運(yùn)動(dòng)，單位時(shí)間內(nèi)到達(dá)基板上的電子數(shù)要遠(yuǎn)大于離子個(gè)數(shù)，到達(dá)基板的電子一部分與離子復(fù)合，還有一部分剩余，從而在基板出現(xiàn)凈負(fù)電荷積累，這樣基板表面呈負(fù)電勢(shì)。該負(fù)電勢(shì)將排斥后續(xù)電子，同時(shí)吸引正離子。直到基板負(fù)電勢(shì)達(dá)到某個(gè)值，使離子流與電子流相等時(shí)為止。由于基板呈負(fù)電勢(shì)，則在基板與等離子體交界處形成一個(gè)由正離子構(gòu)成的空間電荷層，即離子鞘層。

二、等離子體技術(shù)應(yīng)用

等離子體技術(shù)的應(yīng)用非常廣泛，本文僅就等離子體與固體表面相互作用過程的一些應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹。

1.薄膜合成技術(shù)

目前，利用低溫等離子體合成薄膜技術(shù)主要有兩種，即：物理氣相沉積方法與等離子體化學(xué)氣相沉積方法。

物理氣相沉積：該方法是借助等離子體中離子的物理效應(yīng)進(jìn)行薄膜沉積，它又分為濺射沉積與離子鍍兩種方法。離子鍍技術(shù)是在等離子體環(huán)境下的蒸發(fā)技術(shù)，蒸發(fā)出來的原子被電離，然后在電場(chǎng)的作用下加速運(yùn)動(dòng)到基體上形成鍍膜。

等離子體化學(xué)氣相沉積：該技術(shù)是一種新型制膜技術(shù)，它借助等離子體，使含有薄膜組成原子的氣態(tài)物質(zhì)發(fā)生化學(xué)變化，從而在基片上沉積薄膜這樣一種技術(shù)。本方法特別適用于功能材料薄膜和化合物膜的合成，并顯示出許多技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，被稱為第二代薄膜技術(shù)。目前該技術(shù)最常用的是射頻放電和微波放電方法。

2.等離子體刻蝕技術(shù)

該技術(shù)在超大規(guī)模集成電路的制造工藝中使用，它需要在一些Si、SiO2等硅片上制作所需的各種電路與光柵。而以前的制作方法是利用濕刻蝕法來制作電路，如用酸堿溶液來腐蝕基片。這樣的制作技術(shù)存在刻蝕出的電路或圖形的線寬不夠細(xì)和污染嚴(yán)重等問題。運(yùn)用等離子體刻蝕技術(shù)就能較好地解決這個(gè)問題。目前，利用該技術(shù)制造的電路圖形線寬已達(dá)到亞微米量級(jí)，并且正在向深亞微米的線寬度發(fā)展。

總之，等離子體技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，人們對(duì)等離子體技術(shù)的研究還在深入進(jìn)行，了解、掌握這方面的技術(shù)有非常重要的作用。本文限于篇幅，只對(duì)等離子體特性和技術(shù)作了簡(jiǎn)要介紹。

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