浅谈等离子体特性及其应用技术

丁选程

摘 要：目前，低温等离子体技术在诸多领域得到广泛应用，人们对低温等离子体技术的研究也在深入发展。“等离子体”作为一个新名词，许多人对此比较陌生。对等离子体的特性及其应用技术作一简单介绍，以帮助人们对其有一个初步认识。

关键词：低温等离子体；特性；技术应用

随着低温等离子体技术在许多科学领域、工程项目中的广泛使用，“等离子体”这个新名词已经与高新科技紧密相连，但许多人对此比较陌生。本文对等离子体的特性和应用技术进行简单介绍，以使人们对等离子体技术有一个初步认识和了解。

一、等离子体特性介绍

1.等离子体的概念

等离子体作为一种高新技术，人们通俗地称其为“物质的第四态”。等离子体是由许多能够流动并且带电的粒子构成的物质系统。人们对等离子体比较陌生，是因为在平时人们很难接触到等离子体，因为一般情况下，大多数物质以固态、液态及气态三种形式存在。但实事上，地球上99%的物质都是以等离子体状态存在的，因为地球被电离层所包围。在实验室中运用不同的气体放电方式也能产生等离子体。一般情况下用于新材料表面改性或合成新材料的等离子体，通常是由低气压放电产生的。

2.等离子体的描述

等离子体的存在状态一般决定于它的粒子密度、粒子温度和化学成分等物理化学参数，一般常用粒子密度与温度两个基本参数来描述等离子体的存在状态。而我们在实验室条件下利用气体放电产生的等离子体，是由离子、电子、中性粒子或粒子团组成的。所以，描述等离子体的密度参数和温度参数时，主要使用：温度Te与电子密度ne、离子密度ni与温度Ti以及中性粒子密度ng与温度Tg。通常情况下，要使等离子体呈现宏观上的电中性，就必须使等离子体处在一个平衡状态，即电子密度与离子密度基本相等，ne≈ni=n0。

3.等离子体的特性

一是等离子体宏观上呈电中性。通常情况下，等离子体呈现的是电中性，但是其如果受到某种扰动，它的内部就会出现局部电荷分离，就会产生电场。比如，在等离子体中放入一个带正电荷的小球，它就会吸引等离子体中的电子，排斥离子，从而在小球周围形成一个带负电的球状“电子云”。

二是等离子体具有振荡性。通常情况下，等离子体在处于平衡状态时，宏观看其密度分布是均匀的，但从微观来看，其密度分布是有涨有落，是不均匀的，并且这种密度涨落具有振荡性。

三是等离子体具有鞘层现象。因为等离子体在开始时处在准电中性状态，如果在等离子体中悬浮一个不导电的绝缘基板，此时等离子体中的离子与电子都会朝着这个基板运动，单位时间内到达基板上的电子数要远大于离子个数，到达基板的电子一部分与离子复合，还有一部分剩余，从而在基板出现净负电荷积累，这样基板表面呈负电势。该负电势将排斥后续电子，同时吸引正离子。直到基板负电势达到某个值，使离子流与电子流相等時为止。由于基板呈负电势，则在基板与等离子体交界处形成一个由正离子构成的空间电荷层，即离子鞘层。

二、等离子体技术应用

等离子体技术的应用非常广泛，本文仅就等离子体与固体表面相互作用过程的一些应用技术进行简要的介绍。

1.薄膜合成技术

目前，利用低温等离子体合成薄膜技术主要有两种，即：物理气相沉积方法与等离子体化学气相沉积方法。

物理气相沉积：该方法是借助等离子体中离子的物理效应进行薄膜沉积，它又分为溅射沉积与离子镀两种方法。离子镀技术是在等离子体环境下的蒸发技术，蒸发出来的原子被电离，然后在电场的作用下加速运动到基体上形成镀膜。

等离子体化学气相沉积：该技术是一种新型制膜技术，它借助等离子体，使含有薄膜组成原子的气态物质发生化学变化，从而在基片上沉积薄膜这样一种技术。本方法特别适用于功能材料薄膜和化合物膜的合成，并显示出许多技术优点，被称为第二代薄膜技术。目前该技术最常用的是射频放电和微波放电方法。

2.等离子体刻蚀技术

该技术在超大规模集成电路的制造工艺中使用，它需要在一些Si、SiO2等硅片上制作所需的各种电路与光栅。而以前的制作方法是利用湿刻蚀法来制作电路，如用酸碱溶液来腐蚀基片。这样的制作技术存在刻蚀出的电路或图形的线宽不够细和污染严重等问题。运用等离子体刻蚀技术就能较好地解决这个问题。目前，利用该技术制造的电路图形线宽已达到亚微米量级，并且正在向深亚微米的线宽度发展。

总之，等离子体技术的应用领域非常广泛，人们对等离子体技术的研究还在深入进行，了解、掌握这方面的技术有非常重要的作用。本文限于篇幅，只对等离子体特性和技术作了简要介绍。

参考文献：

[1]徐利军，刘少斌，袁乃昌.等离子体中的PLCDRC-ADI-FDTD方法[J].电子学报，2006（3）.

[2]熊青.大气压低温等离子体射流的研究[D].华中科技大学，2013.

？誗编辑 任 壮