等离子清洗机原理-真空等离子清洗机原理

　　等离子体清洗的机理

　　1、什么是等离子体

　　等离子体是物质的一种存在状态，通常物质以固态、液态、气态3种状态存在，但在一些特殊的情况下可以以第四种状态存在，如太阳表面的物质和地球大气中电离层中的物质。这类物质所处的状态称为等离子体状态，又称为物质的第四态。

　　等离子体中存在下列物质:处于高速运动状态的电子;处于激活状态的中性原子、分子、原子团(自由基);离子化的原子、分子;分子解离反应过程中生成的紫外线;未反应的分子、原子等，但物质在总体上仍保持电中性状态。

　　2、等离子体的产生

　　在清洗工艺中应用的等离子体，一般都采用人工方法获得。

　　最早是在1927年，当水银蒸气在高压电场中的放电时由科研人员发现等离子体。后来发现通过多种形式，如电弧放电、辉光放电、激光、火焰或者冲击波等，都可以使处于低气压状态的气体物质转变成等离子体状态。如在高频电场中处于低气压状态的氧气、氮气、甲烷、水蒸气等气体分子在辉光放电的情况下，可以分解出加速运动的原子和分子，这样产生的电子和解离成点有正、负电荷的原子和分子。

　　这样产生的电子在电场中加速时会获得高能量，并与周围的分子或原子发生碰撞，结果使分子和原子中又激发出电子，而本身又处于激发状态或离子状态，这时物质存在的状态即为等离子体状态。在一般资料中常可以见到用下述反应式表述的等离子体形成过程。

　　如氧气等离子体形成过程即可用下列6个反应式来表示：

　　第一个反应式表示氧气分子在得到外界能量后变成氧气阳离子，并放出自由电子过程，第二个反应式表示氧气分子在得到外界能量后分解形成两个氧原子自由基的过程。第三个反应式表示氧气分子在具有高能量的激发态自由电子作为下转变成激发态。

　　第四第五反应式则表示激发态的氧气分子进一步发生转变，在第四个反应式中，氧气分子回到通常状态的同时发出光能(紫外线)。在第五个反应式中，激发态的氧气分子分解成两个氧原子自由基。

　　第六个反应式表示氧气分子在激发态自由电子的作用下，分解成氧原子自由基和氧原子阳离子的过程，当这些反应连续不断发生，就形成氧气等离子体，其他气体的等离子体的形成过程也可用相似的反应式描述。当然实际反应要比这些反应式描述的更为复杂。工业生产中应用的等离子清洗设备的基本构造一般如下图所示:

　　3、等离子体清洗的机理

　　由于等离子体中的电子、离子和自由基等活性粒子的存在，其本身很容易与固体表面发生反应。等离子体清洗主要是依靠等离子体中活性粒子的“活化作用”达到去除物体表面污渍的目的。

　　就反应机理来看，等离子体清洗通常包括以下过程:无机气体被激发为等离子态;气相物质被吸附在固体表面;被吸附基团与固体表面分子反应生成产物分子;产物分子解析形成气相;反应残余物脱离表面。

　　等离子体清洗技术的最大特点是不分处理对象的基材类型，均可进行处理，对金属、半导体、氧化物和大多数高分子材料，如聚丙烯、聚脂、聚酰亚胺、聚氯乙烷、环氧、甚至聚四氟乙烯等都能很好地处理，并可实现整体和局部以及复杂结构的清洗。

　　等离子体清洗还具有以下几个特点:容易采用数控技术，自动化程度高;具有高精度的控制装置，时间控制的精度很高;正确的等离子体清洗不会在表面产生损伤层，表面质量得到保证;由于是在真空中进行，不污染环境，保证清洗表面不被二次污染。

　　4、反应类型分类

　　等离子体与固体表面发生反应可以分为物理反应(离子轰击)和化学反应。

　　物理反应机制是活性粒子轰击待清洗表面，使污染物脱离表面最终被真空泵吸走;化学反应机制是各种活性的粒子和污染物反应生成易挥发性的物质，再由真空泵吸走挥发性的物质。

　　以物理反应为主的等离子体清洗，其优点在于本身不发生化学反应，清洁表面不会留下任何的氧化物，可以保持被清洗物的化学纯净性;缺点就是对表面产生了很大的损害，会产生很大的热效应，对被清洗表面的各种不同物质选择性差，腐蚀速度较低。

　　以化学反应为主的等离子体清洗的优点是清洗速度较高、选择性好、对清除有机污染物比较有效，缺点是会在表面产生氧化物。和物理反应相比较，化学反应的缺点不易克服。

　　并且两种反应机制对表面微观形貌造成的影响有显著不同，物理反应能够使表面在分子级范围内变得更加“粗糙”，从而改变表面的粘接特性。

　　还有一种等离子体清洗是表面反应机制中物理反应和化学反应都起重要作用，即反应离子腐蚀或反应离子束腐蚀，两种清洗可以互相促进，离子轰击使被清洗表面产生损伤削弱其化学键或者形成原子态，容易吸收反应剂，离子碰撞使被清洗物加热，使之更容易产生反应;其效果是既有较好的选择性、清洗率、均匀性，又有较好的方向性。

　　典型的等离子体物理清洗工艺是氩气等离子体清洗。氩气本身是惰性气体，等离子体的氩气不和表面发生反应，而是通过离子轰击使表面清洁。典型的等离子体化学清洗工艺是氧气等离子体清洗。通过等离子体产生的氧自由基非常活泼，容易与碳氢化合物发生反应，产生二氧化碳、一氧化碳和水等易挥发物，从而去除表面的污染物。

　　5、 真空等离子清洗机的清洗原理

　　真空等离子清洗机包括一个反应腔室、电源和真空泵组。样品放置反应腔室内，真空泵开始抽气至一定的真空度，电源启动便产生等离子体，然后气体通入到反应腔室，使腔室中的等离子体变成反应等离子体，这些等离子体与样品表面发生反应，生产可挥发的副产物，并由真空泵抽出。