固體材料的等離子表面處理通常會包括物理反應(yīng)與化學(xué)反應(yīng)，大多數(shù)屬于非平衡式的氣-固相反應(yīng)，一般僅作用于材料表面，反應(yīng)厚度在幾埃米到幾十個納米之間，甚至可以到微米級。等離子清洗機(jī)在通入不同的工藝氣體時會激發(fā)形成各種不同的等離子體，正因如此，等離子表面處理設(shè)備所能進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)也是多種多樣。我們所熟悉的等離子清洗、等離子活化、等離子刻蝕和等離子沉積（接枝、涂層）等功能，其實(shí)能夠說是等離子表面處理設(shè)備與固體材料反應(yīng)的結(jié)果。為幫助大家全面了解等離子表面處理設(shè)備與固體材料表面的化學(xué)反應(yīng)過程，以下歸納總結(jié)了4種反應(yīng)類型及應(yīng)用，供大家參考。
為方便描述，我們會用化學(xué)反應(yīng)方程式來表示等離子表面處理設(shè)備的等離子體與固體材料發(fā)生反應(yīng)的過程，反應(yīng)式中的英文字母具有不同的含義。大寫字母A、B、C、D、M代表不同物質(zhì)；小寫字母s、g代表物質(zhì)的形態(tài)，s是固體，g是氣體。
1 第一類等離子表面處理的化學(xué)反應(yīng)式和工藝應(yīng)用
化學(xué)反應(yīng)式：A（s）+B（g）→C（g）。這一類型的等離子體與固體材料的反應(yīng)在工藝應(yīng)用上比較成熟的有等離子體刻蝕（PE）、等離子體灰化（PA）和等離子體化學(xué)氣相輸運(yùn)（PCVT）。
等離子體刻蝕：在半導(dǎo)體集成電路制程中，通常會選擇腐蝕性的四氟化碳?xì)怏w與其他氣體混合，經(jīng)過輝光放電后與固體A材料反應(yīng)，使其表面的一部分或者全部形成揮發(fā)性物質(zhì)被去除。
等離子體灰化：在半導(dǎo)體干法工藝中去除光刻膠，利用氧氣放電，讓有機(jī)物中的碳?xì)涑煞肿兂啥趸己退葥]發(fā)掉。在分析化學(xué)領(lǐng)域，采用這個方法可對有機(jī)物樣品進(jìn)行“低溫”灰化，以便對剩下的無機(jī)物成分進(jìn)行所需分析。
等離子體化學(xué)氣相輸運(yùn)：即反應(yīng)中生成的氣體物質(zhì)C（g）在反應(yīng)器的另一端發(fā)生逆向反應(yīng)，讓A（s）從新析出的過程。
2 第二類等離子表面處理的化學(xué)反應(yīng)式和工藝應(yīng)用
化學(xué)反應(yīng)式：A（g）+B（g）→C（s）+D（g）。該類型的等離子體與固體材料的反應(yīng)表示兩種以上的氣體在等離子體狀態(tài)下相互反應(yīng)，工藝應(yīng)用包括等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD）、等離子濺射和等離子體聚合。
等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積：兩種以上的氣體在等離子體狀態(tài)下反應(yīng)產(chǎn)生新的固體物質(zhì)并以薄膜形式沉積在基板上，目前在制備光學(xué)膜等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。
等離子濺射：當(dāng)兩種以上的氣體在等離子體狀態(tài)下反應(yīng)，其中一種反應(yīng)物種是先借助荷能粒子從靶材上濺射下來，然后再經(jīng)過反應(yīng)生成薄膜，則屬于濺射制膜。
等離子聚合：即反應(yīng)物是有機(jī)單體發(fā)生的等離子體反應(yīng)。
3 第三類等離子表面處理的化學(xué)反應(yīng)式和工藝應(yīng)用
化學(xué)反應(yīng)式：A（s）+B（g）→C（s）。此類型的反應(yīng)是表示等離子表面處理設(shè)備跟固體材料表面的相互作用生成新的化合物，導(dǎo)致表面性質(zhì)發(fā)生顯著變化，這一類型的反應(yīng)也稱為等離子表面改性。當(dāng)發(fā)生在金屬表面時，即稱為金屬的表面氧化或氮化；當(dāng)發(fā)生高分子材料表面時，則叫材料表面處理。
4 第四類等離子表面處理的化學(xué)反應(yīng)式和工藝應(yīng)用
化學(xué)反應(yīng)式：A（g）+B（g）+M（s）→AB（g）+M（s）。此類型的反應(yīng)是表示固體材料M的表面起催化作用，促進(jìn)氣體分子的離解和復(fù)合等。通常應(yīng)用在特殊氣體制備方面。
上述4類化學(xué)反應(yīng)式，呈現(xiàn)的是等離子體總反應(yīng)的初始狀態(tài)和結(jié)果，實(shí)際上作為反應(yīng)物的氣相物質(zhì)首先是激發(fā)成氣體等離子體，然后再進(jìn)行反應(yīng)。說到這里，是不是有點(diǎn)回到學(xué)校念書的感覺，貌似抽象的反應(yīng)式蘊(yùn)藏著豐富的內(nèi)涵。
