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大气压射流等离子清洗机的基础知识

目前在微电子行业,真空等离子清洗机的应用比较多,因为真空等离子清洗全面,而且温度低,不会对配件造成损坏的缘故。不过跟大气压等离子清洗机(常压等离子清洗机)比较,真空机成本高,所以同样的材料,如果用大气压等离子清洗机可以处理,那么一般人就会使用大气压等离子清洗机。由于常压等离子清洗机是将等离子从喷头里面喷射出来,所以又叫做大气射流式等离子清洗机。 

常压机做成在线式,流水线不间断处理材料,效率非常高。早就在上个世纪的80年代,国外就开始对常压等离子进行研发,并且在全球范围内形成了一股巨大的研究热潮,为大气射流等离子清洗机的发展奠定了良好的基础,下面给大家说一说射流等离子清洗机的一些基本知识。 

20世纪90年代初,Koinuma等开发出了一种微束等离子体装置。该装置放弃了大面积均匀性的要求,在直径2mm的范围内,采用CF(1%)/He作为放电气体和70W的射频功率,在硅片上本得了5nm/s的刻蚀速率。这种装置可以认为是非热力平衡态冷等离子体射流所用装置的前身。 

非热力平衡态冷等离子体射流由于其消耗的平均功率非常小,所产生的等离子体射流对环境以及被处理材料表面几乎没有什么热效应,因此可以将其称为“冷等离子体射流”。射频与高频放电等离子体的产生机理是有所不同的;从应用的角度来看,高频电源更便宜,相关装置的设计与制造也更加简单,因此更实用,从近十年的文献分析来看,这类装置的结构大多采用了在惰性气体(或以惰性气体为主掺入一些活性气体)气流通道上形成DBD 

2005年,Teschke等以及Kedzierski等发表了两篇论文,展示了用ICCD(像增强电荷耦合传感器)拍摄的氦大气压等离子体射流的照片,发现了“等离子体子弹”(plasma bullets)的现象。自此有关等离子体子弹相关的研究论文如雨后春笋般涌现出来,LuLaroussi发现等离子体子弹现象与具体的电极构型无关,同时为了解释这种发生在氦气流通道中的等离子体子弹现象,提出了一种光子预电离机制,但仍有很多相关问题未得到解决。 

2008Sands等发现得出射流区与DBD区的放电应该是互相独立的。Jiang等通过一系列专门设计的实验进一步证实了这一观点,并明确指出:等离子体射流本质上是通过高压电极边缘的非均匀电场在氦气流通道中形成的电晕放电,虽然实验采用了 DBD构型,但射流其实与DBD无关!为了证明这一观点,他们演示了单电极以及裸电极构型装置,产生了完全类似的等离子体射流。不仅如此,他们的实验还表明,采用了如Teschke等的共轴DBD构型的等离子体射流装置所产生的放电应该有三个等离子体区。 

等离子体子弹的速度是人们比较关心的一个问题,虽然Teschke等早在2005年就已经指出,等离子体子弹是一种电驱动效应,与气流无关,因为在大多数实验条件下气体流速仅约10m/s,比上述子弹的速度小3~4个数量级,但是实验发现气体流速对等离子体子弹所形成的射流在空气中的长度有决定性的影响。 

孙姣等最早报道了气体流速与射流长度的关系。通过采用一种焓探针来测量流出石英管的气体的轴向流速,他们发现无论是氦气还是氩气产生的等离子体射流的长度,在气体处于层流状态下时,几乎与气体流速成线性关系。 进一步的实验研究表明,情况比该结论更复杂,除了气体流量或流速外,驱动电源的参数如电压、频率、脉冲宽度等在一定的条件下都会影响大气射流等离子清洗机射流的长度。 

大气压冷等离子体射流有低气压等离子体所不具有的无空间限制性,能够灵活地使用,没有腔体和真空设备,大大降低了成本,所以其实用性正在逐渐的体现并得到发挥,正逐渐应用在工业、医疗、卫生、生物医药等领域。

生物医药:

1.对细胞的操作,修饰细胞膜的通透性;

2.影响细胞的分裂、增殖;

3.DNA的操作。

4.生物制药; 

医疗应用:

1.杀菌消毒、伤口病理:如皮肤表面伤口消毒

2.凝血、止血

3.肌肤修复、牙齿的消毒与洁白

 

不过最主要的还是工业应用:

1.材料表面改性、修饰处理:如食品包装。

2.物体表面有机污染物处理:如光学仪器表面污垢、文物表面锈迹的去除。

3.半导体行业:半导体材料的刻蚀、镀膜、非晶碳的沉积等。

射流等离子清洗机在工业领域应用非常广泛,经常做成各类非标机,组装在生产线上面,自动化的给材料做改性处理,提升材料表面的粘接力。

 

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