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氧等离子体清洗机工作与清洗原理及其示意图

文章出处:本站 | 网站编辑:深圳纳恩科技有限公司| 发表时间:2022-12-14
氧等离子体清洗机(Plasma cleaner)的基本工作原理是指工作腔内通过机械泵抽至低真空,通入高纯度氧气的反应气体,对气体施加足够的电压使其发生电离起辉形成的高能量的等离子体状态,等离子体是由高激发态的原子、分子、离子和自由基组成的,氧等离子体清洗机通过对样品表面进行亲水性的改性且在材料表面生成亲水性的基团的同时可以清除掉表面有机污染物。

氧等离子体清洗机结构介绍


图1-1是典型的氧等离子体清洗机的原理示意图,它由5个模块组成:真空系统、电源、匹配网络、真空腔室和控制系统。各部分简介如下:
氧等离子体清洗机原理图
图1-1 氧等离子体清洗机原理图

 
真空系统:低压等离子体系统在0.1Torr到1Torr的压力下工作,气体连续流入反应器。因此,真空系统必须能够保持这种压力/流量状态,并根据真空腔体的尺寸保持50cc/min至1000cc/min的进气流量。
电源:为等离子体的产生提供电力支持。根据反应器的大小,所需功率范围为100W-5000W。
阻抗匹配网络:通常是一个可调变压器或pi网络,它将等离子体的阻抗转换为发电机所需的输出阻抗。根据气体、反应器设计和操作条件的不同,等离子体的阻抗可以在几欧姆到几千欧姆之间变化,并且它们的反应性非常强。匹配网络的使用使得一个等离子体系统可以使用多种不同的气体和工作条件。
真空腔体:它是一种压力容器,设计用于支持等离子体的压力/流量条件,将电能耦合到等离子体中,并容纳待处理的材料。
系统控制器:它控制所有工艺变量,如气体类型、压力、气体流量、功率大小和加工时间。


氧等离子体清洗机清洗原理


等离子体清洗工艺一般采用Ar、N2惰性气体以及O2、H2活泼性气体。可以是单一清洗气体、两种或者多种混合清洗气体。活泼性气体等离子体主要用于化学清洗,产生的等离子体具有很强的氧化性或还原性。材料表面的有机污染物和氧化物可以分别在含氧或含氢气体等离子体下通过化学反应去除(如下图所示),产生的可挥发性气态物被真空系统抽离反应腔室。惰性气体激发产生的等离子体主要通过物理轰击清洗样品表面,携带高能量的离子可以将污染物中大分子的化学键分解成小分子,小分子可以被真空系统抽离出反应室。
氧等离子体清洗原理
等离子体清洗原理
 
氧等离子体清洗机产生的低温等离子体对衬底表面有四个主要影响:清除表面的有机污染物、通过烧蚀去除材料以增加表面积或去除弱边界层、交联或分支以增强表面的粘结性和表面活化以改善粘结界面的化学和物理相互作用。这四种效应同时发生,并且取决于处理条件和反应器的设计,这些效应中的一种或多种可能占据主导地位。等离子体处理衬底表面可以改变衬底表面化学性质,引入活性官能团,如羧基、氨基、甲基和羟基。
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