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等离子技术及其应用摘要通过对等离子体的基本概念、分类和人工产生方法三个方面的介绍,在了解等离子的基础上,介绍了等离子射流喷涂、等离子显示技术、低温等离子治疗系统和等离子清洗技术,深入说明等离子技术在生活中的广泛应用。关键字等离子体等离子体产生法等离子射流喷涂引言等离子技术是一个新兴的领域,该领域结合等离子物理、等离子化学和气固相界面的化学反应,此为典型的高科技产业,需跨多种领域,包括化工、材料和电机,因此将极具挑战性,也充满机会,由于半导体和光电材料在未来得快速成长,此方面应用需求将越来越大。一、概述所谓等离子体,就电气技术而言,它指的是一种拥有离子、电子和核心粒子的不带电的离子化物质。等离子体包括有,几乎相同数量的自由电子和阳极电子。在一个等离子中,其中的粒子已从核心粒子中分离了出来。因此,当一个等离子包括大量的离子和电子,从而是电的最佳导体,而且它会受到磁场的影响,当温度高时,电子便会从核心粒子中分离出来了。 1、等离子体的分类 、根据低温和高温可分为高温等离子体和低温等离子体两类。在等离子体中,不同微粒的温度实际上是不同的,所具有的温度是与微粒的动能即运动速度质量有关,把等离子体中存在的离子的温度用 Ti表示,电子的温度用 Te表示,而原子、分子或原子团等中性粒子的温度用 Tn表示,对于 Te大大高于 Ti和Tn 的场合,即低压体气的场合,此时气体的压力只有几百个帕斯卡, 当采用直流电压或高频电压做电场时,由于电子本身的质量很小,在电池中容易得到加快,从而可获得平均可达数电子伏特的高能量,对于电子,此能量的对应温度为几万度( K),而弟子由于质量较大,很难被电场加速,因此温度仅几千度。由于气体粒子温度较低(具有低温特性),因此把这种等离子体称为低温等离子体。当气体处于高压状态并从外界获得大量能量时,粒子之间的相互碰撞频率大大增加,各种微粒的温度基本相同, 即 Te基本与 Ti及 Tn相同,我们把这种条件下得到的等离子体称为高温等离子体,太阳就是自然界中的高温等离子体。 、根据产生等离子体时应用的气体的化学性质不同,可分为不活泼气体等离子体和活泼气体等离子体两类。不活泼气体如氩气、氮气、***化氮、四***化碳等,活泼气体如氧气、氢气等,不同类型的气体在清洗过程中的反应机理是不同的,活泼气体的等离子体具有更强的化学反应活性,这将在后面结合具体应用实例介绍。 2、等离子体的人工产生法 、感应偶合式等离子体产生法感应偶合式等离子体的工作原理,就是在线圈上加上一个高频电源,当线圈上的电流改变时,就可由“安培定律”知道,当感应产生一变动磁场,同时可由“法拉第定律”知道此变动之磁场会感应出一个反应方向的电场,此电场会加速等离子体中的电子而形成一线圈电流相反的二次电流。并且随着与加于线圈上的电流不断改变,而感应出的电场也不断改变,这不断改变电场与平板式高调波等离子体一样能用来加速电子以维持等离子体,所不同的是电场与电极方向不同。在平板式高调波等离子体中电子受电场影响而运动方向垂直于电极,所以会有许多电子逃离等离子体跑到电极上,使能量消耗在加热电极上,而在感应偶合式等离子中,电子受感应电场的影响而使运动方向与电极平行,因此不会有太多的电子损耗在电极上,固可以维持线圈周围相当高的电子密度。感应偶合式等离子体的主要优点有: (1) 、等离子体密度高、解离率高,能够在相当大的压力范围上保持高密度等离子体。(2) 、平板式感应偶合式等离子体可大面积操作。(3) 、感应偶合式等离子体中的电子温度低、离子动能低、等离子体电位低。(4) 、等离子体密度及离子转击基板的动能可分开控制。(5) 、设备简单。而其唯一的缺点是,线圈电极可能被离子打出而污染镀膜品质。一般改善的方法有: (1) 、将线圈电极的一端接地以降低线圈电极之电位,即减少电容效应。(2) 、并联一直流电压以防止离子转击。(3) 、可使用法拉第屏蔽以消除电容效应。(3) 将线圈以介电材料被覆以降低等离子体电位。 、阴极等离子体产生法在一金属管装物,可为圆形、方形、椭圆形或其他形状,在外加一高调波在此管状物上,会产生一个自我偏压,故造成整支管子都是带一偏压,这使得电子无论是往哪一方向作运动,都会被排斥,所以,电子在管内会作来回振荡的运动,固电子在碰撞到电极板前,能走更长的距离,这就是表示电子会有更多的机会或几率与中性气体原子产生碰撞,从而产生等离子体。 、电子回旋共振电浆产生法此为微波与磁场共同组合的一种等离子体产生法,电子在磁场中会作旋转的运动,当磁场强度越来越强时,电子旋转的速度会越快,在磁场强度为 875GA/m 时,电子旋转的频率为 赫兹,此频率恰巧为微波的频率,因频率相近而产生共振,此共振现象就有利于电子吸收微波的能量,因拥有较高能量的电