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一文读懂PLASMA真空等离子处理仪工作原理
来源: | 作者:善准科技技术部 | 发布时间: 2021-04-16 | 2858 次浏览 | 分享到:

   PLASMA等离子体是物质的一种存在状态,也叫第四种状态(通常物质以固态、液态、气态三种状态存在),是利用高压电源在一定的压力条件下对气体施加足够的能量而产生。PLASMA等离子体状态中存在下列物质: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,未反应的分子、原子等,但物质在总体上仍保持电中性状态。
   PLASMA等离子体性质主要与等离子体激发频率有关,国际常用的有三种激发频率:40KHz、13.56MHz和2.45GHz,采用这三种激发频率的真空等离子处理仪分别是 SUNJUNE善准科技的VP-S、VP-R/RS和VP-Q系列,不同激发频率的等离子体对材料处理的效果不同,因此,掌握PLASMA的工作原理对我们深入了解等离子体技术有很大帮助。
硅片

      硅片-PLASMA亲水性处理(真空等离子处理仪VP-RS8)            二氧化硅-等离子处理(真空等离子处理仪VP-R5)

   一、激活键能-交联作用

   PLASMA等离子体中的粒子能量在0~20eV,而聚合物中大部分的键能在0~10eV,因此等离子体作用到样品表面后,可以使样品表面原有的化学键(C=C、C=O、C=N、Si-Si、Si-O等)产生断裂,PLASMA等离子体中的自由基与这些键形成网状的交联结构,大大地激活了表面活性。
   
二、对材料表面轰击刻蚀-物理作用
   物理作用其反应机理主要是利用PLASMA等离子体里大量的离子、激发态分子、自由基等多种活性粒子作纯物理的撞击,把材料表面的原子或附着在表面的原子打掉,不但清除了材料表面原有的污染物和杂质,还会产生刻蚀作用,将材料表面变“粗糙”,形成许多微细坑洼、沟壑,增大了材料表面的比表面积,提高材料表面的润湿性能。由于离子在压力较低时的平均自由基较长,得到能量的累积,因而在物理撞击时,离子的能量越高,越是有更多的能量作撞击,所以若要以物理作用为主时,就必须控制在较低的压力下进行反应,为了保证真空等离子处理仪腔体内较低的压力,需要持续通入空气或者其他惰性气体(氩气、氦气等),这样处理效果较好。物理作用下的等离子处理适用于玻璃、陶瓷、金属等材料,推荐使用等离子体激发频率40KHz 的VP-S系列或者13.56MHz的VP-R/RS系列真空等离子处理仪。
   
三、形成新的官能团-化学作用
   化学作用其反应机理主要是利用PLASMA等离子体里的自由基与材料表面产生化学反应,频率和压力较高时,对自由基的产生较有利,所以若要以化学反应为主时,就必须配备较高的频率和较高的压力来进行反应。
   
在化学反应里常用的气体有氢气(H2)、氧气(O2)、甲烷(CF4)、氨气(NH3)等,这些气体在真空等离子处理仪腔内反应成高活性的自由基,会在材料表面发生复杂的化学反应,引入新的官能团,如羟基(-OH)、氨基(-NH2)、羧基(-COOH)、醛基(-CHO)等,这些官能团都是活性基团,能明显提高材料表面活性,起到活化改性的作用。化学作用下的等离子处理适用于塑料、高分子、油污、聚合物等材料,推荐使用等离子体激发频率13.56MHz的VP-R/RS系列或者2.45GHz的VP-Q系列真空等离子处理仪。
   
需要特别说明的是有一些材料处理既需要物理作用,也需要化学作用,例如聚二甲基硅氧烷(PDMS),氧化铟锡(ITO)、硅片、PET薄膜、二氧化硅(SiO2)、PTFE、二硫化钼等,这个时候应该选用等离子体激发频率是13.56MHz的VP-R/RS系列真空等离子处理仪。

  玻璃基片-物理作用下的等离子处理(真空等离子处理仪VP-S5)        ITO导电玻璃-等离子处理(真空等离子处理仪VP-R3)

   
四、PLASMA处理的方向性-粉末或细小颗粒
   PLASMA真空等离子处理仪配备清洗托盘,把样品放在托盘上,样品朝上的一面等离子处理效果明显,样品贴着托盘的一面处理效果不明显,原因是等离子体需要空间让其做高速运动,而样品贴着托盘的那一面,空间变小,不利于等离子体对样品表面进行处理,所以样品哪一面需要等离子处理,就把那一面朝上,如果两面都需要等离子处理,常规的做法是待样品的一面处理结束后,把样品取出翻转再进行另一面的等离子处理,但如果样品是粉末或者微小颗粒,这个方法就有局限性。
   
SUNJUNE善准科技研发的旋转型真空等离子处理仪VP-T系列很好地解决了这个问题。VP-T系列真空腔体可旋转,从而带动样品滚动,实现360°等离子处理,极大地提升了等离子处理的均匀性和有效性,旋转型真空等离子处理仪VP-T系列适用于石墨烯粉末、催化剂粉末、金属氧化物粉末、硼粉、铝粉,针形样品、小颗粒样品等。

经等离子处理PDMS与玻璃实现不可逆的键合(真空等离子处理仪VP-R3)   
石墨烯粉末亲水性处理(旋转型真空等离子处理仪VP-T3)

   广州善准科技有限公司获得“一种低温旋转型石英等离子表面处理装置 专利号:CN202020226847.2” 等十项国家专利,是国内成功掌握产生13.56MHz频率,保证满功率运行30分钟真空腔体温度不高于32摄氏度的真空等离子处理仪生产厂家,目前已上市的旋转型真空等离子处理仪则巩固善准等离子技术实力,把中国真空等离子处理技术推向一个全新的高度。
   
SUNJUNE善准科技真空等离子处理仪已成功在芯片制造、柔性材料、智能穿戴设备、微流控芯片、医疗器械、二维材料等领域获得广泛应用,截止2020年12月,中国排名前30的高校已有19所(复旦、浙大、中大、港中大等)选用善准的真空等离子处理仪,很多前沿的研究所及头部的高科技企业也是善准的用户,使用善准真空等离子处理仪做实验的多篇文章在SCI一区获得发表,能与用户相伴成长,是我们最大的动力和收获。
   
五、SUNJUNE PLASMA部分用户论文截图


期刊:SCIENCE CHINA Materials,中科院SCI分区:1区(善准VP-R5)   期刊:ACS Applied Materials&Interfaces,中科院SCI分区:1区(善准VP-R5



 

 


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