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等离子清洗机是如何产生等离子体的?

文章出处:本站 | 网站编辑:深圳纳恩科技有限公司| 发表时间:2022-10-11
有很多小伙伴很好奇等离子清洗机是如何产生等离子体的?等离子清洗机产生等离子体的方式有很多种,但是都是通过对气体放电产生的等离子体,目前,工业上常用的等离子体源有射频等离子体源、表面波等离子体源、微波等离子体源及脉冲等离子体源等。射频等离子体源根据放电方式又可分为容性耦合等离子体(CapacitivelyCoupledPlasma,CCP)、感性耦合等离子体(InductivelyCoupledPlasma,ICP)、电子回旋共振(electroncyclotronresonance,ECR)等离子体源等,目前市面上常见的等离子清洗机一般采用CCP容性耦合等离子体发生方式产生等离子体,其结构如下图一所示,其放电装置类似平板电容器,等离子体中的电子通过射频电场加速,可以产生大面积的均匀等离子体,因此非常适合工业应用。
容性耦合等离子体源 (CCP)
图一 容性耦合等离子体源 (CCP)

 
CCP是由两个平行板电极构成的,并在电极上施加一个射频电源,从而在两个电极之间产生等离子体,而在等离子体与电极之间存在空间电荷鞘层。放电条件一般为工作气压1~1000mTorr,通过电子加热来维持一种弱电离的等离子体环境,产生的等离子体的电子密度一般为108~1011cm-3,电子温度为几个电子伏特,而离子温度与背景气体温度基本相同。

射频电容耦合放电等离子体产生机制


从宏观角度来看,气体-等离子体分为两个变化过程:温度足够高时,构成分子的原子获得足够大的能量,开始彼此分离(离解);温度继续上升,原子的外层电子摆脱原子核的束缚而成为自由电子(电离)。
引起上述两个变化过程的有三条途径:

碰撞:弹性碰撞和非弹性碰撞,能量交换。
光:电子跃迁释放光子,光子能量足够大发生光电离,直接用光照射也可以激发电离。
热:气体温度较高时,快速运动的粒子数目增多。高能粒子之间相互作用,使它们的动能转变为位能。

从微观角度来看,一切电流通过气体的现象称为气体导电或气体放电。

在放电电极上加射频电源后,腔体中极少量的种子电子或者是阴极发射出的自由电子,在电场作用下快速来回碰撞,产生大量带电粒子这一过程可由汤森放电来解释。

汤森放电理论是1903年汤森在研究气体放电规律的实验中得出的结论。当放电空间没有初始电子,全为中性粒子的情况下,不管在电极两端增加多高的电压,都不可能发生电离形成等离子体。在此基础上汤森提出了电子雪崩形成的三个过程:

(1)在电场的作用下,空间中的初始电子向阳极运动,与中性的气体粒子发生碰撞,产生能量传递,电离从而产生新的电子,同时也产生大量带正电离子。
(2)在电场的作用下,带正电离子向阴极运动,与中性气体分子发生碰撞,频繁地进行能量交换,也会产生一定数量的电子和正离子。
(3)正离子以一定速度到达阴极,撞击阴极极板,使其发射二次电子。

综上所述等离子清洗机产生等离子体的原理是通过两个电极之间形成高频交变电场,用真空泵在装置的密闭容器中实现一定的真空度,随着气体越来越稀薄,分子间距及分子或离子的自由运动距离也越来越长,区域内气体在交变电场的激荡下,形成等离子体。

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