淺談等離子體特性及其應用技術

丁選程

摘 要：目前，低溫等離子體技術在諸多領域得到廣泛應用，人們對低溫等離子體技術的研究也在深入發展。“等離子體”作為一個新名詞，許多人對此比較陌生。對等離子體的特性及其應用技術作一簡單介紹，以幫助人們對其有一個初步認識。

關鍵詞：低溫等離子體；特性；技術應用

隨著低溫等離子體技術在許多科學領域、工程項目中的廣泛使用，“等離子體”這個新名詞已經與高新科技緊密相連，但許多人對此比較陌生。本文對等離子體的特性和應用技術進行簡單介紹，以使人們對等離子體技術有一個初步認識和了解。

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，人們通俗地稱其為“物質的第四態”。等離子體是由許多能夠流動并且帶電的粒子構成的物質系統。人們對等離子體比較陌生，是因為在平時人們很難接觸到等離子體，因為一般情況下，大多數物質以固態、液態及氣態三種形式存在。但實事上，地球上99%的物質都是以等離子體狀態存在的，因為地球被電離層所包圍。在實驗室中運用不同的氣體放電方式也能產生等離子體。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生的。

2.等離子體的描述

等離子體的存在狀態一般決定于它的粒子密度、粒子溫度和化學成分等物理化學參數，一般常用粒子密度與溫度兩個基本參數來描述等離子體的存在狀態。而我們在實驗室條件下利用氣體放電產生的等離子體，是由離子、電子、中性粒子或粒子團組成的。所以，描述等離子體的密度參數和溫度參數時，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，要使等離子體呈現宏觀上的電中性，就必須使等離子體處在一個平衡狀態，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，等離子體呈現的是電中性，但是其如果受到某種擾動，它的內部就會出現局部電荷分離，就會產生電場。比如，在等離子體中放入一個帶正電荷的小球，它就會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帶負電的球狀“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時，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象。因為等離子體在開始時處在準電中性狀態，如果在等離子體中懸浮一個不導電的絕緣基板，此時等離子體中的離子與電子都會朝著這個基板運動，單位時間內到達基板上的電子數要遠大于離子個數，到達基板的電子一部分與離子復合，還有一部分剩余，從而在基板出現凈負電荷積累，這樣基板表面呈負電勢。該負電勢將排斥后續電子，同時吸引正離子。直到基板負電勢達到某個值，使離子流與電子流相等時為止。由于基板呈負電勢，則在基板與等離子體交界處形成一個由正離子構成的空間電荷層，即離子鞘層。

二、等離子體技術應用

等離子體技術的應用非常廣泛，本文僅就等離子體與固體表面相互作用過程的一些應用技術進行簡要的介紹。

1.薄膜合成技術

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

物理氣相沉積：該方法是借助等離子體中離子的物理效應進行薄膜沉積，它又分為濺射沉積與離子鍍兩種方法。離子鍍技術是在等離子體環境下的蒸發技術，蒸發出來的原子被電離，然后在電場的作用下加速運動到基體上形成鍍膜。

等離子體化學氣相沉積：該技術是一種新型制膜技術，它借助等離子體，使含有薄膜組成原子的氣態物質發生化學變化，從而在基片上沉積薄膜這樣一種技術。本方法特別適用于功能材料薄膜和化合物膜的合成，并顯示出許多技術優點，被稱為第二代薄膜技術。目前該技術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

該技術在超大規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。這樣的制作技術存在刻蝕出的電路或圖形的線寬不夠細和污染嚴重等問題。運用等離子體刻蝕技術就能較好地解決這個問題。目前，利用該技術制造的電路圖形線寬已達到亞微米量級，并且正在向深亞微米的線寬度發展。

總之，等離子體技術的應用領域非常廣泛，人們對等離子體技術的研究還在深入進行，了解、掌握這方面的技術有非常重要的作用。本文限于篇幅，只對等離子體特性和技術作了簡要介紹。

參考文獻：

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