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真空等离子清洗机工作原理

Jul. 10, 2024

真空等离子清洗机是一种利用等离子体技术进行表面清洗的设备,其基本工作原理是在等离子清洗机内部形成真空环境,通过起辉产生高能量的等离子体,对样品表明进行轰击,达到去除表面油污、氧化物、灰化表面有机物等,从而实现表面处理、清洗和刻蚀等目的。

真空等离子清洗机工作原理

真空等离子清洗机工作原理的核心部分在于如何产生等离子体。等离子体(plasma)被认为是除过固态、液态、气态物质存在的第四状态,是由正、负离子和中性粒子组成的集合体,整体表现为电中性。通常其产生的方法是利用气体放电原理激励气体使气体电离,发生辉光放电从而产生等离子体。其工作原理是给气体环境施加电场,使得气体内的自由电子加速到高能量与原子或分子发生碰撞使其电离,从而生成等离子体。等离子体中包含大量的离子、电子、原子和活性分子(自由基)。

目前常见的真空等离子清洗机,有三种产生等离子体的方式,即射频电容耦合等离子体装置和电感耦合等离子体产生装置,微波等离子体产生装置。下面简要介绍一下这三种真空等离子清洗机的工作原理。

基于射频的真空等离子清洗机工作原理

(1) 基于射频的真空等离子清洗机包括电容耦合等离子清洗机和电感耦合等离子清洗机。电容耦合等离子清洗机的结构示意图如图1.1所示。其原理是通过一个圆形平板电极输入射频功率形成电场电离气体产生等离子体,此方式的优点是平行电极间电场分布均匀,所以产生的等离子体均匀性高。这种等离子体产生装置广泛用于刻蚀、材料加工及表面清洗等方面,特别是在小尺寸精密纳米电子器件结构刻蚀方面有着大规模的应用。

电容耦合等离子清洗机工作原理示意图

图1-1 电容耦合等离子清洗机的工作原理示意图

(2) 电感耦合等离子清洗机是一种将通过随时间变化的磁场电磁感应产生的电流作为能量来源激发产生等离子体的装置。装置的结构示意图如图1.2所示,其原理是把射频电源的能量输送给非谐振感应线圈,使其发生耦合从而产生等离子体。这种方式具有无电极和外加磁场与产生的等离子体密度高等优点。

感耦合等离子清洗机工作原理示意图

图 2.2 电感耦合等离子清洗机工作原理示意图

基于微波的真空等离子清洗机工作原理

基于微波的等离子清洗机是将微波能量传递给气体分子,传递给气体分子,由此使气体分子电离产生等离子体,再经过磁场和电场的作用,束缚住了等离子体中的其他粒子,等离子体最终流入到工艺腔体内。微波发生装置和射频发生装置相比的优势在于:等离子体的产生和工作区域不在同一个区域,所以得到的等离子体中自由基浓度更高;微波发生器以表面波的形式激发等离子体,比射频的工作频率高两个数量级,所以产生的等离子体电离度高;微波等离子体装置工作要求的真空度比射频的要求低。

目前市面上各式各样的真空等离子清洗机开始广泛被使用,但其所应用的基本工作原理都是一样的,即通过气体放电形成等离子体。

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