等离子体化学的基本原理及应用

等离子体化学的基本原理及应用等离子体化学是20世纪六十年代发展起来的一门新兴交叉科学。经过40多年的研究发展，已经广泛地引用于化工、冶金、机械、纺织、电子、能源、半导体，医药等不同领域。本文对等离子体化学在材料、电子、光学、医药、化学合成、环境保护几个方面的一些应用进行综述。[1-2]

1理论概述[3]

对常温常压条件下的气体通过高温加速电子加速离子给物质以能量，物质被解离成阴、阳离子的状态，由于整个体系阴、阳离子总电荷相等，故称为等离子体。而从通常的能量排布：气体>液体>固体的角度来说，等离子的能量比气体更高，能表现出一般气体所不具有的特性，所以也被称为物质的第四态。

当气体电离生成电子正离子一般在段时间内发生结合，回到中性分子状态，这个过程产生的电子、离子的一部分能量以电磁波等不同形式消耗，在分子离解时常生成自由基，生成的电子结合中性原子，分子形成负离子。因此，整个等离子体是电子正负离子激发态原子，原子以及自由基的混合状态。因为各种化学反应都是在高激发态下进行的，与经典的化学反应完全不同。这样使等离子体的原子或分子的本性通常都发生改变，即使是较稳定的惰性气体也会变得具有很强的化学活泼性。

在放电气体中发生的反应称为等离子体化学反应，用电子温度Te和离子温度Ti作为参数。若Te ≈Ti称为平衡等离子体或高温等离子体。若Te >>Ti称为非平衡等离子体或低温等离子体。这两种不同的情况在不同的领域都有广泛的运用。

2设备与装置[3-4]

可以将等离子的产生理解为：一定的真空度，外加电场/磁场，通电条件下射频放电产生的特殊物质。各国学者一直努力研制一种能得到均匀稳定的等离子的设备。可以通过(1)解光放电、(2)电晕放电、(3)寂静放电、(4)RF放电、(5)微波放电这5种放电方式(基本特征见图1)来得到等离子体，但为了保证反应产物不分解，一般采用辉光放电形式。这类仪器通过外加电场可以有效地把能量直接传递给反应体系中的气体分子，反应腔里将发生气体放电，产生非平衡等离子体，这种能量传递方法不仅经济有效，而且产生的等离子体具有能量高密度大的特点，所以应用较为广泛。根据反应器的结构不同分为内部电极方式的反应器、外部电极方式的反应器、直流放电反映器、采用商业频率的反映器、微波放电反映器（见图2）。而大多数工业活动需在常压或加压(高气体浓度)条件下进行，尤其化学工业、环境工程和材料工业等还不具备在低气压条件下进行化学反应的工艺条件。

图1 四类放电形式的特征

图2 等离子体化学反应装置[3]

3等离子的应用

等离子虽然是一门新兴学科，但是其在科学研究各方面已经取得了广泛的运用，涉及材料学，光学，电子学，医药学，环境学等不同领域。

3．1材料学

3．1．1膜材料

对于制备薄膜技术而言，低温等离子体的引入，不仅产生了以有机单体气态聚合合成有机薄膜的全新等离子体聚合沉积(PPD)[3]技术，也在原有的沉积工艺上形成了一系列复合沉积技术，如等离子体增强化学气相沉积(FACVD)[3]、反应离子镀(ARE)[3]、等离子体增强外延生长(PAE)[3]等。低温等离子体在薄膜技术中的应用，无疑是以等离子体化学反应为基础，充分研究和利用等离子体化学反应将在下列方面优化薄膜工艺[5]： 1、膜材质多样化，由单一的金属、介质膜，发展到有机化合物、高分子、金属有机化合物及它们的复合膜；2、膜结构多样化，已制备出非晶、微晶、多晶及交联状薄膜；3、膜性高功能化，通过控制反应物种、配比、反应条件，可以获得迭层、复合、共混、共聚等多种形态的薄膜，满足高功能要求，4、膜品质高优化。充分发挥化学键结合和过渡、界面层理论，可以在各种基体上实

现薄膜的超薄、致密、无针孔、均匀、结合强度高的薄膜;5、膜生长低温化，部分无机化合物薄膜用CVD和FACVD在低温下生长，是等离子体化学反应降低成膜温度的一个例子。等离子体化学成膜的基本原理是在室温或较低温度时，从外部给气体施加电磁场形成等离子态，这时由于气体发生离解，产生蒸气压很低的物质，它在固体表面沉积形成薄膜。等离子体反应薄膜沉积可分为溅射、离子镀、等离子化学气相沉积、等离子表面改性和聚合等类型。其中最引人注目的是等离子化学气相沉积方面的研究，最具代表性的是等离子体氮化硅膜（P-SiN）和等离子体氧化硅膜（P-SiO，P-PSG）[3]。这两大类膜不仅应用广泛，而且性能稳定。最近研究应用等离子化学气相沉积技术制得陶瓷薄膜。

3．1．2超微粉末

在等离于体作用下，一些材料可以较为容易地发生断键和聚合。适当控制参数可以高效率地制备微细的甚至分子尺度的超细粉末。制备SiN、Sic 、SiO2[6-9]：等的技术已在开发成功，其效率和质量都是极有吸引力的。

3．1．3超导材料

自从1986年诺贝尔奖得主贝德诺尔兹和米勒发现复合氧化物高温超导体后，立即在世界范围内掀起一场超导热，这与其本身的应用有很大关系，而等离子体化学气相淀积不仅是制备薄膜材料的方法，同时所得的膜是一种特殊的超导材料。我国科学家运用高频磁控溅射法制得Y-Ba-Cu-O等薄膜超导材料，并在该领域有不断突破。[10-11]

3．1．4高分子材料

等离子体技术在高分子科学[12]上的应用发展很快，涉及面广，大致可分为三个方面：(1)等离子体聚合；(2)等离子体引发聚合；(3)高分子材料的等离子体表面改性。其中，等离子体聚合是把有机单体转变成等离子态，产生各类活性物种，由活性物种相互间或活性物种与单体间发生加成反应来进行聚合，是一种新型聚合法。用这种方法易于对聚合物赋予各种功能，特别适合于研制功能高分子。例如电子器件、传感器用的导电高分子膜，集成电路用的光刻胶膜及气体分离膜等。等离子体引发聚合是把等离子体辐射作为能源对单体作短时间照射，然后将单体置于适当温度下进行聚合，是一种不需要引发剂的新聚合法，适于合成超高分子量聚合体或单晶聚合体，进行接枝聚合、嵌段聚合、天机环状化合物开环聚合、固定化茵等。高分子材料的等离子体表面改性是利用非聚合性气体的辉光放电，改变待加工材料的表面结构，控制界面物性或进行表面敷膜。可用来提高塑料的粘接强度，改善棉、毛等天然纤维的加工性能，如浸润性、丝纺性、耐磨性、色牢度等，也可用于表面杀菌。

3．2电子学

电子方面主要是微电子技术。超大规模集成电路[3]，[12]的生产工艺过程中，一方面要求在一个直径通常约为20cm的硅片上同时制作几百上千个芯片；另一方面又要求在每个芯片上刻蚀上百万个模拟晶体管、电容器和电阻等功能的元件。作为一种精细加工手段等离子体在微电子领域已取得了巨大成功。早在60年代等离子体刻蚀(干法)就已开始逐步取代化学刻蚀(湿法)（见图3）而崭露头角。目前这仍是一种最成功的广泛应用的微刻蚀技术。此后等离子体显影、曝光、等离子体化学气相淀积、离子植入、等离子体退火等一系列、微电子加工技术逐步成熟并推广。等离子体刻蚀已同化学刻蚀一起用于超大规模集成电路的生产中，比起纯化学刻蚀来等离子体刻蚀有两大优点：各向异性和形成保护膜。随着要求在一个芯片上集成更多的元件，光刻工艺的分辨率已难跟上集成度越来越高的要求；等离子体刻蚀与表面沉积技术却能很好的处理这一问题。

图3

3．3光学

3．3．1光电子技术

光电子技术在很多方面借鉴了微电子发展的经验，从一开始就应用了等离子体加工技术[12]。目前等离子体化学汽相淀积的应用早已超出了多晶或非晶硅或砷化镓等半导体材料、SiO2、Al203等介质或金、铝、银等金属薄膜的制备范围，并已用于生长各种晶体光学薄膜。例如，非晶硅(a—Si)太阳能电池的大规模廉价生产。单晶硅太阳能电池虽研制较早，在卫星、宇航等方面已成功应用，但其制造工艺复杂，成本太高，不可能大量民用。相比之下，非晶硅太阳能电池却后来居上，80年代初开始已大量作计算器、收音机电源等迅速商品化，这一方面受益于w．E．Spear教授等对非晶硅进行价电子控制，另一方面是PCVD工艺的应用实现了非晶硅太阳能电池的廉价大面积自动化生产。一般是以硅烷SiH4为主要原料，辉光放电形成等离子体。单独用SiH4放电时反应生成的是i型非晶硅半导体层。若在SiH4中掺入少量B2H6便生成p型层，改掺少量NH3则生成n型层。显然，只需切换输入反应室的放电气体种类并控制掺杂量就能连续制成非晶硅太阳能电池的p、i、n结构，不仅适于大规模连续自动化生产，还有其他许多优点：(1)光电转换效率高 (2)省资源、省能源、原料便宜、成本低。 (3)膜性质稳定，经久耐用等优点多晶非晶的半导体材料晶体光学薄膜。如金刚石／碳化硅复合梯度膜制备研究得到具有特殊性能的光学薄膜，而这类薄膜的常用近红外来检测。[13-14]

3．3．2等离子体显示技术

近些年美国、日本、意大利等发达国家都研制全彩色的交流等离子体显示器[15]。世界上第一台离子体显示器于1995年在日本面世，我国也于1997年生产出使用这种显示器的高清晰度彩色电视机。随着这种显示器造价的降低，预计它很快将广泛地被用于台式、笔记本式计算机。等离子体显示将给信息产业带来难以估量的利益。交流等离子体显示器的工作原理是气体放电，结构比较简单，工作气体通常采用氮—氖惰性气体。每个小放电室为一个工作单元，称为等离子体室。交流电压加在底部板上的行电极和顶部板上的列电极之间，放电时产生的紫外线使周围的不同荧光物质发出不同颜色的光，这就是彩色交流等离子体显示技术。有些研究人员把等离子体聚合与镀膜(或称涂层)的技术用于光导纤维生产和集成光学芯片的制造中。现已研制出等离子光学传感器。

3．3．3等离子光谱[12]

等离子体光谱是以等离子体作光源的光谱分析法。等离子体是发光的，实质上是其组成粒子运动状态变化时的能量跃迁，称为等离子体辐射。根据辐射特征谱线的波长和强度即可进行定性定量分折。这种光源用气体放电法产生，按施加的电场不同可分为三大类：(1)直流等离子体光源，简称DCP。(2)高频等离子体光源，按耦合方式不同又可分为两种，即电感耦合高频等离子体炬(ICP)和电容耦合高频等离子体炬(CCP)。(3)微波等离子体光源。也

可分为电感耦合型(MIP)和电容耦合型(CMP)两种。以上几种等离子体光源中ICP的分析性能最好，也是目前用得最多的一种。图4为ICP光源概略图，它是一支同独的石英三管炬。三层套管中都通Ar气，但气流量和作用不同。外管中的Ar气流量最大，是发生工作等离子体的主气源。中间管中的Ar气流量较小，起辅助作用，使发生的等离子体向上稍稍隆起。中心管中的Ar气是载气，用它把试样溶液气溶胶化并导入等离子体区。与经典的光谱分析相比ICP有许多优点：(1)光源稳定，再现性好，克服了长期以来对于固体标样的依赖。(2)检出限低，一般可达ppb(十亿分之一)级。(3)工作曲线的线性范围广，可达5—6个数量级。

(4)测定精度远比经典发射光谱法高。(5)应用面广，分析速度快。几乎可分析周期表中的所有元素，还能同时进行多元素分析。对各种样品种中的元素进行测定已被广泛运用于有效成分含量测定，金属离子测定晶体特性的测定，杂质的定量检测。

图4

3．4医药学

等离子技术经美国FDA批准，用于骨科、脊柱外科、耳鼻喉科、美容、普外、神经外科和药物研究等方面，其优异的特性已经在全球范围内得到广大专家和患者的好评。

3．4．1生物相容性材料

材料的生物相容性是指材料植入生物体后不会引起凝血、毒性、过敏、致癌、免疫反应等, 同时与生物体协调且执行预期的功能。如何改善医用生物材料的生物相容性、使其适合临床移植手术和科研需要, 一直是广大生物学家和材料科学家追寻的目标。低温等离子体技术包括刻蚀、沉积、聚合、表面清洗和消毒等, 它可以对材料表面进行镀膜、聚合、修饰、改性等处理。这可以改善生物材料的亲水性、透气性、血溶性, 以使人造血管、血液透析薄膜等生物医用材料得到广泛应用[3]。

3．4．1.1眼科材料

聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）是二十世纪四十年代就开始用作隐形眼镜材料。由于PMMA 具有折射率高、硬度合适、生物亲和性好等性质, 直到今天仍然广为使用。但是, PMMA 亲水性不佳,氧气通透性也较差, 严重者还会引起并发症，这将损伤佩戴者眼睛。利用乙炔、氮气、水生成的等离子体聚合物镀于PMMA 透镜表面形成一层薄膜, 可以改善材料的亲水性, 减小角膜上皮细胞的粘连。在聚合物夹层中加入一种有机硅氧烷可以提高材料的透气性, 但

等离子体的应用

等离子体技术与应用 学号 队别 专业 姓名

摘要 等离子体作为物质存在的一种基本形态，自18世纪中期被发现以来，对它的认识和利用不断深化。我们知道，普通化学反应和化工设备中所产生的温度只有二千多度。而在各种形式的气体放电所形成的低温等离子体中电子温度可达一万度以上，足以造成各种化学键的断裂，或使气体分子激发电离，产生许多在通常条件下不能发生的化学反应，获得通常条件下不能得到的化合物或化工产品，并且获得的化合物与化工产品不会产生热分解。目前，等离子体技术已被广泛的用于国防、工业、农业、环境、通信等一系列国民经济发展领域，极大地推动了信息产业的发展，促进了工业科技进步。 关键词等离子体微波放电隐身技术材料的表面改性微波等离子灯 引言 等离子体是由带电的正粒子、负粒子（其中包括正离子、负离子、电子、自由基和各种活性基团等）组成的集合体，其中正电荷和负电荷电量相等故称等离子体。他们在宏观上呈电中性的电离态气体（也有你液态、固态）。当温度足够高时，构成分子的原子也获得足够大的的动能，开始彼此分离，这一过程称为离解。在此基础上进一步提高温度，就会出现一种全新的现象，原子的外层电子将摆脱原子核的束缚而成为自由电子，失去电子的原子变成带正电的离子，这个过程叫电离。等离子体指的就是这种电离气体，它通常由光子、电子、基态原子（或分子）、激发态原子（或分子）以及正离子和负离子六种基本粒子构成的集合体。因此，等离子体也被称为物质的第四态。 内容 一、等离子的性质 物质的第四态等离子体有着许多独特的物理、化学性质。只要表现如下： 1) 温度高、粒子动能大。 2) 作为带电粒子的集合体，具有类似金属的导电性能。等离子体从整体上看是一种导体电流体。 3) 化学性质活泼，容易发生化学反应。 4) 发光特性，可以作光源。 二、等离子技术的应用 2.1微波放电等离子体技术与应用 通常，低气压、低温等离子体是在1～100pa的气体中进行直流或射频放电产生的。直流辉光发电首先被研究和应用，但该等离子体是有极放电，而且密度低、电离度低、运行气压高，这就限制了其应用的广泛性。随后，射频放电技术逐步被发展起来，这是一种无极放电，且等离子体工作与控制参数比辉光放电有所提高，因而获得了较广泛的应用。但是其密度和电离度仍较低，应用范围依然受到限制。 微波放电初始阶段的物理过程如下。微波引入反应腔中建立起电磁场，反应气体中的电子在微波场作用下获得能量，与气体分子碰撞使其电离，从而得到更多的

等离子体增强化学气相沉积技术基础

等离子体增强化学气相沉积技术基础 §1.1等离子体概论 §1.1.1等离子体的基本概念和性质 近代科学研究的结果表明，物质除了具有固态、液态和气态的这三种早为人们熟悉的形态之外，在一定的条件下，还可能具有更高能量的第四种形态——等离子体状态。例如通过加热、放电等手段，使气体分子离解和电离，当电离产生的带电粒子密度达到一定的数值时，物质的状态将发生新的变化，这时的电离气体已经不再是原来的普通气体了。由于这种电离气体不管是部分电离还是完全电离，其中的正电荷总数始终和负电荷总数在数值上是相等的，于是人们将这种由电子、离子、原子、分子或者自由基团等粒子组成的电离气体称之为等离子体[ 1]。 不管在组成上还是在性质上，等离子体不同于普通的气体。普通气体由电中性的分子或原子组成，而等离子体则是带电粒子和中性粒子的集合体。等离子体和普通气体在性质上更是存在本质的区别，首先，等离子体是一种导电流体，但是又能在与气体体积相比拟的宏观尺度内维持电中性；其次，气体分子间不存在净电磁力，而等离子体中的带电粒子之间存在库仑力；再者，作为一个带电粒子体系，等离子体的运动行为会受到电磁场的影响和支配。因此，等离子体是完全不同于普通气体的一种新的物质聚集态。 应当指出，并非任何的电离气体都是等离子体。众所周知，只要绝对温度不为零，任何气体中总存在有少量的分子和原子电离。严格地说来，只有当带电粒子地密度足够大，能够达到其建立的空间电荷足以限制其自身运动时，带电粒子才会对体系性质产生显著的影响，换言之，这样密度的电离气体才能够转变成等离子体。除此之外，等离子体的存在还有其特征的空间和时间限度，如果电离气体的空间尺度L不满足等离子体存在的空间条件L>>λD（德拜长度λD为等离子体宏观空间尺度的下限）的空间限制条件，或者电离气体的存在的时间不满足τ>>τp（等离子体的振荡周期τp为等离子体存在的时间尺度的下限）时间限制条件，这样的电离气体都不能算作等离子体[2]。 §1.1.2等离子体的特性参数描述

化学反应的基本原理

第二章化学反应的基本原理 一、判断题（正确请画“√”，错误的画“×”） 1．当温度接近0K时，所有的放热反应可以认为都是自发进行的反应。 2．△S >0的反应，必定是自发反应。 3．对于一个反应如果△H>△G，则该反应必定是熵增的反应。 4．△Gθ值大，平衡常数Kθ值就愈大。 5．平衡常数K值越大，则反应速度越快。 6．对于△H<0的反应，提高温度速度常数k值减小。 7．对于△Hθ>0的可逆反应，提高温度平衡常数Kθ值增大。 8.NO的△f Gθm(298.15K)＞0,空气中的N2和O2在常温常压下稳定共存。但在高温常压时 能发生反应，说明该反应是△Hθ>0, △Sθ>0的反应。 9.反应CO(g) = C(s)+1/2O2 (g)的△G>0，正向非自发，加入催化剂后降低了活化能，则反 应正向进行。 10.在一个封闭系统中进行的可逆反应达到平衡后，若平衡条件体积和温度不变，则系统中 各组分的浓度或分压不变。 11.一定温度下，对于△υg=0的可逆反应，达平衡后改变系统中某组分的浓度或分压，平 衡不移动。 12.一定温度下，对于△υg≠0的可逆反应，达到平衡后，加入惰性气体，保持总压力不变， 平衡不发生移动。 13．某可逆反应在一定条件下，转化率α值增大，则在该条件下平衡常数K值也一定增大。 14．对于一个复杂反应，当总反应的标准摩尔吉布斯函数变为： △Gθ总=△Gθ1+△Gθ2 则该反应的平衡常数Kθ总=Kθ1+Kθ2 15．单质的△f Gθm(298.15K)值一定为零。 16. 反应级数取决于反应方程式中反应物的计量系数。 17. 自发进行的反应，一定具有较小的活化能。 18. 基元反应是指一步完成的简单反应。 19. 其它条件固定时，活化能小的反应，其反应速度快。 20. 化学平衡是指系统中正逆反应活化能相等的状态。 21. 反应的活化能越高，则该反应的平衡常数就越小。 22．平衡常数Kθ值小于1，则△Gθ>0。 23．反应：2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)，在一定条件下达成平衡，在该平衡系统中加入惰性气体，体积保持不变，则平衡向正反应方向移动。 24．一定温度下，对于△υg=0的反应体系，改变平衡态容器的体积，平衡不发生移动。25．对于一个可逆反应，在一定条件下，当反应商Q＜K时，该反应正向进行。 26．对于△H>0的反应，一定是正向不自发的反应。 27．平衡常数Kθ值可以由该反应的ΔG值求得。 28．对于可逆反应2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)达平衡后，加入惰性气体，保持体积和温度不变，系统总压力增加，而平衡向右移动。 29．对于放热反应来说，提高温度，在标准状态下该反应的△Gθ值一定减小。

等离子体化学的基本原理及应用

等离子体化学的基本原理及应用等离子体化学是20世纪六十年代发展起来的一门新兴交叉科学。经过40多年的研究发展，已经广泛地引用于化工、冶金、机械、纺织、电子、能源、半导体，医药等不同领域。本文对等离子体化学在材料、电子、光学、医药、化学合成、环境保护几个方面的一些应用进行综述。[1-2] 1理论概述[3] 对常温常压条件下的气体通过高温加速电子加速离子给物质以能量，物质被解离成阴、阳离子的状态，由于整个体系阴、阳离子总电荷相等，故称为等离子体。而从通常的能量排布：气体>液体>固体的角度来说，等离子的能量比气体更高，能表现出一般气体所不具有的特性，所以也被称为物质的第四态。 当气体电离生成电子正离子一般在段时间内发生结合，回到中性分子状态，这个过程产生的电子、离子的一部分能量以电磁波等不同形式消耗，在分子离解时常生成自由基，生成的电子结合中性原子，分子形成负离子。因此，整个等离子体是电子正负离子激发态原子，原子以及自由基的混合状态。因为各种化学反应都是在高激发态下进行的，与经典的化学反应完全不同。这样使等离子体的原子或分子的本性通常都发生改变，即使是较稳定的惰性气体也会变得具有很强的化学活泼性。 在放电气体中发生的反应称为等离子体化学反应，用电子温度Te和离子温度Ti作为参数。若Te ≈Ti称为平衡等离子体或高温等离子体。若Te >>Ti称为非平衡等离子体或低温等离子体。这两种不同的情况在不同的领域都有广泛的运用。 2设备与装置[3-4] 可以将等离子的产生理解为：一定的真空度，外加电场/磁场，通电条件下射频放电产生的特殊物质。各国学者一直努力研制一种能得到均匀稳定的等离子的设备。可以通过(1)解光放电、(2)电晕放电、(3)寂静放电、(4)RF放电、(5)微波放电这5种放电方式(基本特征见图1)来得到等离子体，但为了保证反应产物不分解，一般采用辉光放电形式。这类仪器通过外加电场可以有效地把能量直接传递给反应体系中的气体分子，反应腔里将发生气体放电，产生非平衡等离子体，这种能量传递方法不仅经济有效，而且产生的等离子体具有能量高密度大的特点，所以应用较为广泛。根据反应器的结构不同分为内部电极方式的反应器、外部电极方式的反应器、直流放电反映器、采用商业频率的反映器、微波放电反映器（见图2）。而大多数工业活动需在常压或加压(高气体浓度)条件下进行，尤其化学工业、环境工程和材料工业等还不具备在低气压条件下进行化学反应的工艺条件。

等离子体及其在微电子封装领域的应用

等离子体及其在微电子封装领域的应用 在微电子元件制造过程中, 封装是一个重要步骤。优良的封装技术可以提高微电子产品的寿命，可靠性和降低环境对产品性能的影响。在微电子封装工艺中，常见的问题是芯片粘接中的空隙, 引线键合中较低的键合强度, 塑料封装后的界面剥离等等。所有这些问题均与材料的表面特性有关。 未经表面处理的材料通常不具备符合粘结的物理和化学特性而需要表面活化。表面上沉积的污染物影响了表面粘结能力而需要表面清洗。等离子工艺提供了有效的表面清洗和活化方法。在保证整体材料性质不变的情况下，等离子工艺能够实现固体表面几个分子层的物理或化学改性。 等离子体介绍 等离子体是部分电离的电中性的气体,是常见的固态，液态，气态以外的第四态。等离子体由电子，离子，自由基，光子，及其它中性粒子组成。由于等离子体中电子, 离子和自由基等活泼粒子的存在, 因而很容易与固体表面发生反应。这种反应可分为物理溅射和化学反应。物理溅射是指等离子体中的正离子在电场中获得能量去撞击表面。这种碰撞能移去表面分子片段和原子，因而使污染物从表面去除。另一方面，物理溅射能够改变表面的微观形态，使表面在分子级范围内变得更加"粗糙"，从而改善表面的粘结性能。 等离子体表面化学清洗是通过等离子体自由基参与的化学反应来完成。因为等离子体产生的自由基具有很强的化学活性而降低了反应的活化能，从而有利于化学反应的进行。反应中产生的易挥发产物(主要是气体) 会脱离表面, 因而表面污染物被清除。反应的有效性, 即表面改性的有效性取决于等离子体气源, 等离子系统的组合, 及等离子工艺操作参数。 等离子体表面清洗及活化工艺具有诸多优点。主要表现为: 1. 等离子工艺是有利于环境保护的工艺。等离子清洗过程中仅使用微量气体，没有污染物排放。 2. 等离子清洗工艺成本较低, 容易使用。可以处理拥有各种表面的材料, 并具有良好的均匀性和重复性。 3. 维护及保养费用较低。 4. 适合于高级封装及其它需要表面改性的工艺。 随着电子电路集成化的提高, 芯片尺寸变得越来越小, 表面清洗的要求越来越高。等离子体表面清洗工艺已经成为最好的选择之一。 等离子体应用 集成电路封装工艺包括芯片粘结, 引线键合及塑料封装。由于表面氧化物和有机污染物的存在, 导致了不完全有效的芯片粘结, 不良的引线键合强度, 以及封装后微电子装置中的剥离现象。所有形式的表面污染降低了集成电路封装中的可靠性和产率. 等离子体清洗可应用于芯片粘结工艺之前。等离子清洗和活化后的表面将改善芯片的粘结能力并减少可能产生的空隙。这种良好的粘结性能改善了封装的热消散能力。当共晶焊锡在芯片粘结中被用作粘结材料时, 表面的氧化会影响芯片粘结。等离子工艺能有效去除表面的金属氧化物, 从而确保无空隙的芯片粘结。 金属焊盘上污染物的存在会降低引线的键合能力。在高级封装工业中, 日益缩小的焊盘限制了键合表面尺寸, 从而增加对无污染表面的要求。在引线键合之前, 等离子体被用于去除焊盘上的污染物和氧化物, 增加键合可靠性和能力。研究发现, 经等离子体清洗后的表面, 引线键合力平均增加24.3%。 在BGA封装中, 由于封装化合物和各种材料界面之间存在不良的粘结能力, 易于产生界面剥离。通过增加BGA产品的表面能, 等离子体工艺能极大地改善材料界面的粘结能力,

12无机及分析-第03章 化学反应基本原理-带答案

第3章 化学反应基本原理（1） 一、判断题： 1、热的物体比冷的物体含有更多的热量。 （ × ） 2、热是一种传递中的能量。 （ √ ） 3、同一体系同一状态可能有多个热力学能。 （ × ） 4、体系的焓值等于恒压反应热。 （ × ） 5、最稳定单质的焓值等于零。 （ × ） 6、由于C a C O 3分解是吸热的，所以它的标准摩尔生成焓为负值。 （ × ） 7、体系的焓等于体系的热量 （ × ） 8、由于反应焓变的单位是kJ?mol -1，所以热化学方程式的系数不影响反应的焓变值。 （ × ） 二、计算题： 1、某汽缸中有气体1.20L ，在97.3 kPa 下气体从环境中吸收了800J 的热量后，在恒压下体积膨胀到1.50L ，试计算系统的内能变化ΔU 。 J 77110)20.150.1(103.97800V P Q W Q U 33=?-??-=-=+=-?? 2、根据Δ f H m Θ的值，计算下列反应的Δr H m Θ(298K ) 是多少： （1）H 2O （l ）+ ? O 2（g ） H 2O 2（l ）； H 2O （l ） + ? O 2（g ） == H 2O 2（l ）； Δ f H m Θ/ kJ?mol -1 -285.8 0 -187.8 Δr H m Θ(298K ) = -187.7 - （-285.8 + ?×0） = 98 kJ?mol -1 （2）CH 4(g) + H 2O （g ） CO （g ） + 3 H 2（g ）。 CH 4(g) + H 2O （g ） == CO （g ） + 3 H 2（g ）。 Δ f H m Θ/ kJ?mol -1 -74.6 -241.8 -110.5 0 Δr H m Θ(298K ) = (-110.5 + 3×0) -（-74.6 – 241.8） = 205.9 kJ?mol -1

无机化学各章节第2章 化学反应的基本原理知识点

第二章 化学反应的基本原理知识点 一、基本概念： 体系和环境；状态和状态函数；过程和途径；热与功；相；化学计量数与反应进度；焓；熵；吉布斯自由能。 ① 状态函数的特征：状态一定值一定，途殊回归变化等，周而复始变化零。 ② 热和功（非状态函数） 符号：体系吸热 Q 为+ 体系放热 Q 为— 体系做功 W 为— 环境做功 W 为+ 体积功 ： W=－P 外·ΔV ③ 化学计量数与反应进度： N 2 (g) + 3 H 2 (g) = 2 NH 3 (g) 化学计量数 ν(N 2）= -1 ν(H 2) =-3 ν(NH 3) = 2 反应进度1mol ：表示1mol N 2与3mol H 2作用生成2mol NH 3 12N 2 (g) + 3 2H 2 (g) = NH 3 (g) 化学计量数：ν(N 2）=－12 ν(H 2)=－3 2 ν(NH 3) = 1 反应进度1mol ：表示12mol N 2与3 2 mol H 2作用生成1mol NH 3 ④ 熵： S(g)>S(l)>S(s) ； S （复杂）> S(简单) ； 气体：S(高温) > S （低温）； S(低压) > S （高压）； 固~液相溶，S 增大； 晶体析出，S 减小； 气~液相溶，S 减小； 固体吸附气体，S 减小； 气体等温膨胀，S 增大 二、盖斯定律 总反应的反应热等于各分反应的反应热之和。 若反应①+反应②→反应③，则()()()312r m r m r m H H H θ θθ ?=?+? 若反应①×2—反应②→反应③，则()()()3212r m r m r m H H H θ θθ?=?-? 三、热力学第一定律：U Q W ?=+ 四、化学反应的方向 (298.15)()r m B f m B H k H B θθ ν?=?∑

等离子体及其技术的应用

等离子体及其技术的应用 摘要: 随着等离子体技术的迅速发展，逐渐形成了一个新兴的等离子体化工体系。我们知道，普通化学反应和化工设备中所产生的温度只有二千多度。而在各种形式的气体放电所形成的低温等离子体中电子温度可达一万度以上，足以造成各种化学键的断裂，或使气体分子激发电离，产生许多在通常条件下不能发生的化学反应，获得通常条件下不能得到的化合物或化工产品，并且获得的化合物与化工产品不会产生热分解。这势必会造就很多性能优良的新物质，其也将会有广泛的应用前景。 关键词：等离子体；喷涂；焊接；尾气处理；隐身技术

Plasma and its technical application ABSTRACT With the rapid development of plasma technology, and gradually formed a new plasma chemical system.We know, the common chemical reaction and chemical engineering equipments only produce two thousand degrees temperature.The temperatures that in low temperature plasma electronic produced by all forms of gas discharge up to ten thousand degrees or above,more enough to fracture all sorts of the chemical bonds, or make the gas molecule ionization, produce many chemical reactions that can't happened in usual conditions , get compound or chemical products that can't achieved in usual conditions , and the products won't occur thermal decomposition.It will produce a lot of new substances that performance excellent ,and have a broad application prospect. keywords:plasma；flame plating；soldering；tail gas treatment；invisible technology

化学选修4化学反应原理 教师用书(DOC)

《化学反应原理》教师参考书 说明 本书是根据中华人民共和国教育部制订的《普通高中化学课程标准（实验）》和《普通高中课程标准实验教科书化学选修4化学反应原理》的内容和要求编写的，供高中化学教师参考。 根据课程标准，《化学反应原理》课程要求学生学习化学反应与能量、化学反应速率和化学平衡以及溶液中的离子平衡等内容，并要求达到以下学习目标： 1. 认识化学变化所遵循的基本原理，初步形成关于物质变化的正确观念； 2. 了解化学反应中能量转化所遵循的规律，知道化学反应原理在生产、生活和科学研究中的应用； 3. 赞赏运用化学反应原理合成新物质对科学技术和人类社会文明所起的重要作用，能对生产、生活和自然界中的有关化学变化现象进行合理的解释； 4. 增强探索化学反应原理的兴趣，树立学习和研究化学的志向。 《化学反应原理》课程共36课时，各章的课时分配建议如下： 绪论 1课时 第一章 6课时 第二章 11课时 第三章 10课时 第四章 6课时 复习 2课时 本书按章编排，每章分为“本章说明”、“教学建议”和“教学资源”三部分。 “本章说明”包括教学目标、内容分析和课时分配建议等。教学目标反映知识与技能、过程与方法和情感态度与价值观几方面的教学目的要求。内容分析主要说明本章教材的内容及其在教学中的地位和功能、知识间的逻辑关系以及教材的特点。课时分配建议可供教师安排课时参考。 教学建议分节编排，包括本节的教学目标、教学重点、难点、教学设计的思路、活动建议、问题交流和习题参考等部分。活动建议主要是对如何组织实验、科学探究和调查研究等教学活动的建议。问题交流主要介绍“学与问”、“思考与交流”的设计意图或对栏目活动的组织提出建议，有些还给出了相应的参考答案。习题参考包括提示、参考答案以及补充习题等。教学资源主要编入一些本章教材的注释或疑难问题的解答，及与本章内容有关的原理拓展、科技信息、化学史、国内外化学与化工生产中的某些新成就等。这些内容意在帮助教师理解和掌握教材，一般不宜对学生讲授，以免增加学生的负担。 应该指出的是，教参是供教师备课时参考的，而采用什么教学方法，应该由教师根据具体情况决定。 本书编写者：何少华、裴群、金仲呜、冷燕平、黄明建（按编写顺序）

等离子技术的概念及应用

等离子的概念及其应用 （一）等离子的概念 如果温度不断升高，气体又会怎样变化呢？科学家告诉我们，这时构成分子的原子发生分裂，形成为独立的原子，如氮分子会分裂成两个氮原子，我们称这种过程为气体中分子的离解。如果再进一步升高温度，原子中的电子就会从原子中剥离出来，成为带正电荷的原子核和带负电荷的电子，这个过程称为原子的电离。当电离过程频繁发生，使电子和离子的浓度达到一定的数值时，物质的状态也就起了根本的变化，它的性质也变得与气体完全不同。为区别于固体、液体和气体这三种状态，我们称物质的这种状态为物质的第四态，又起名叫等离子态。 （二）特点 （三）用途 等离子体的用途非常广泛。从我们的日常生活到工业、农业、环保、军事、医学、宇航、能源、天体等方面，它都有非常重要的应用价值。 （1）切割机 在工业上的应用有等离子切割机，等离子切割配合不同的工作气体可以切割各种氧气切割难以切割的金属，尤其是对于有色金属（不锈钢、铝、铜、钛、镍）切割效果更佳；其主要优点在于切割厚度不大的金属的时候，等离子切割速度快，尤其在切割普通碳素钢薄板时，速度可达氧切割法的5~6倍、切割面光洁、热变形小、几乎没有热影响区。 (2)焊机 离子弧是离子气被电离产生高温离子气流，从喷嘴细孔中喷出，经压缩形成细长的弧柱，其温度可达1，高于常规的自由电弧，如：氩弧焊仅达5000-8000K。由于等离子弧具有弧柱细长，能量密度高的特点，因而在焊接领域有着广泛的应用。 等离子焊机具有以下明显特点： 1.高效高质量的等离子焊接工艺方法，利用等离子电弧良好的小孔穿透的能力，在保 证单面焊双面成型的同时，尽量提高焊接速度，是TIG焊接效率的5~7倍。 2.采用等离子与TIG复合焊，等离子打底，TIG盖面，可以更加有效提高焊接质量和 效率。TIG焊的自由电弧有良好的履盖能力，再配合上适量的填充金属重熔，达到正面成形美观的效果，是单枪等离子焊接效率的1.3-1.5倍。 3.主要针对薄壁3~10mm不锈钢板、钛合金板等材料容器的纵环缝焊接。 4.对于壁厚8mm以下不锈钢板、壁厚10mm以下钛合金板不开坡口可实现单面焊双面 成型。

等离子体增强化学气相沉积法

PECVD PECVD ( Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition ) -- 等离子体增强化学气相沉积法PECVD：是借助微波或射频等使含有薄膜组成原子的气体电离，在局部形成等离子体，而等离子体化学活性很强，很容易发生反应，在基片上沉积出所期望的薄膜。为了使化学反应能在较低的温度下进行，利用了等离子体的活性来促进反应，因而这种CVD称为等离子体增强化学气相沉积(PECVD). 实验机理：是借助微波或射频等使含有薄膜组成原子的气体，在局部形成等离子体，而等离子体化学活性很强，很容易发生反应，在基片上沉积出所期望的薄膜。 优点： 基本温度低；沉积速率快；成膜质量好，针孔较少，不易龟裂。 缺点如下： 1.设备投资大、成本高，对气体的纯度要求高； 2.涂层过程中产生的剧烈噪音、强光辐射、有害气体、金属蒸汽粉尘等对人体有害； 3.对小孔孔径内表面难以涂层等。 例子：在PECVD工艺中由于等离子体中高速运动的电子撞击到中性的反应气体分子，就会使中性反应气体分子变成碎片或处于激活的状态容易发生反应。衬底温度通常保持在350℃左右就可以得到良好的SiOx或SiNx薄膜，可以作为集成电路最后的钝化保护层，提高集成电路的可靠性。 几种PECVD装置 图（a）是一种最简单的电感耦合产生等离子体的PECVD装置，可以在实验室中使用。 图（b）它是一种平行板结构装置。衬底放在具有温控装置的下面平板上，压强通常保持在133Pa左右，射频电压加在上下平行板之间，于是在上下平板间就会出现电容耦合式的气体放电，并产生等离子体。 图（c）是一种扩散炉内放置若干平行板、由电容式放电产生等离子体的PECVD装置。它的设计主要为了配合工厂生产的需要，增加炉产量。

2.2和2.3气体放电等离子体及其应用

电容耦合射频放电 为了维持直流辉光放电，电极必须是可导电的。如果其中一端或两端电极都不可导电，如当辉光放电用于绝缘材料的光谱化学分析或介质薄膜的沉积，此时电极表面附着绝缘材料，电极因正负电荷的积累而充电，辉光放电熄灭。为了解 决这个问题，可以在电极间加交流电压，这样，每个电极都可以充当阳极和阴极，在电压正半周期时积累的部分电荷将会在电压负半周期时被抵消。 通常，电压频率为射频范围（1kHz-310kHz ，常见频率为13.56MHz ）。严格的说，在其他电压频率时，也会产生电容耦合放电，所以称其为交流放电更合适。另外，频率应该很高，这样半个周期才会比绝缘体充满电的时间短。否则，电极将会相继呈相反极性，引起短暂放电，而不是持续放电。由计算可得，当所加电压频率大于100kHz 时，放电能持续。实际上，很多射频辉光放电过程产生于13.56MHz 。因为该频率是国际通信局规定的，其在传播一定能量的时候不会对通信产生干扰。 此时需要强调，所谓电容耦合，指的是将输入功率耦合为放电一种方式，也就是说，利用两个电极及其鞘层形成一个电容。后面会讲到，射频功率也可以利用其它方法耦合放电。 在典型射频频率下，电子和离子的行为完全不同，这可通过它们不同的质量解释。电子质量小，可以跟得上射频电压产生的时变电场的变化。实际上，电子的固有频率，或所谓的电子等离子体频率为：;02εe e pe m e n w = e pe n f 9000=（Hz ） （1） e n 用3-cm 表示。当电子密度从1010变化到 31310-cm 时，等离子体频率由9×810变化至3× 1010Hz ，比13.56MHz 大很多。如果电压频率小于 离子等离子体频率，离子可以跟得上鞘层内的电 场的变化。由于离子等离子体频率与质量呈反 比，电子可以跟的上典型射频时电场的变化，而 离子只能跟得上随时间均匀变化的电场。 电容耦合射频放电的另一个重要的方面是， 自给偏压现象，也是由电子和离子质量的不同引 起的。当两电极大小不同时，或当射频电源与电 极之间形成耦合电容时，或电极是绝缘的（因为可以把它当作电容），自给偏压也称直流偏压便会形成。当在由电极形成的电容上施加一方波（见图3）时，等离子体电压值将达到所加电压的值。当所加电压刚开始为正时，如图3，电子将加速向电极运动。因此，电容将通过电子电流迅速充电，等离子体电压下降。半个周期后，所加电压极性改变时，等离子体电压改变相同的数值（即施加电压幅值的2倍）。电容此时通过离子电流已充电完成，等离子体电压将下降，但比先前下降的少，因为离子的迁移率较低，导致离子流通量较小。又经过半个周期时，电压极性改变，同样等离子体电压极性也改变。此时，等离子体电压下降更快，因为电容因电子流又充满了电。此过程周而复始，直到电容最终充满足够的阴极电荷，此时电子和离子在一个射频周期内流量相同。最终在射频功率电极间形成一个随时间均匀变化的负直流偏压（图3中的虚线表示）。需要说明的是，该现象也会发生在地极中，但影响很小。图4为一典型的正弦电压，其频率为13.56MHz ，以及其所对应的直流偏压。

等离子体化学气相沉积法合成石英玻璃(英文)

朱洪波等：矿渣粉、高钙灰及其改性材料对水泥早期水化进程的影响· 531 ·第36卷第4期 等离子体化学气相沉积法合成石英玻璃 宋学富1，孙元成2，钟海2，王宏杰2，顾真安2 (1. 哈尔滨工业大学材料科学与工程学院，哈尔滨 150001；2. 中国建筑材料科学研究总院，北京 100024) 摘要：用高频等离子体作为热源，采用化学气相沉积法合成了石英玻璃样品。实验分别使用O2和空气作为等离子体电离气体和冷却保护气体，改变等离子体电离工作气体种类时，等离子体火焰长度和石英玻璃沉积温度变化较大，而灯具冷却保护气体的改变对等离子火焰长度和石英玻璃沉积温度的影响不大。当等离子体电离气体和灯具保护气体均为O2时，等离子体火焰长度为12cm，石英基体温度为1300℃，当等离子体电离气体和灯具保护气体均为空气时，等离子体火焰长度可达24cm，石英基体温度升高到1840℃，可确保气相沉积过程进行，合成的石英玻璃在波长190nm处光透过率达84%，羟基含量3.5×10–6，可达到全光谱透过的要求。 关键词：等离子火焰；化学气相沉积；石英玻璃 中图分类号：TQ171；O643 文献标识码：A 文章编号：0454–5648(2008)04–0531–04 SYNTHESIS OF SILICA GLASS BY PLASMA CHEMICAL V APOR DEPOSITION METHOD SONG Xuefu1，SUN Yuancheng2，ZHONG Hai2，WANG Hongjie2，GU Zhen’an2 (1. School of Material Science and Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001; 2. China Building Materials Academy, Beijing 100024, China) Abstract: Silica glass was synthesized by plasma chemical vapor deposition method, which uses inductively coupled plasma as the heat source. Air and oxygen were separately used as ionized gas and protecting gas. The influence of ionized gases on the length of plasma flame and the temperature of substrate is more significant than that of the protecting gases. A length of 24cm plasma flame and a deposition temperature of 1300℃were obtained when oxygen was used as both ionized gases and protecting gases, but in the case of air, the length of plasma flame was 24cm and the deposition temperature was 1840℃. Both of the longer plasma flame and the higher deposition temperature offered a good condition to deposit high quality silica glass. The silica glass has 84% transmittance at a wavelength of 190nm and 3.5 10–6 of the hydroxyl group, which is the glass of full-spectrum transmittance. Key words: plasma flame; chemical vapor deposition; silica glass Silica glass has the low thermal expansion coefficient, low conductivity, good thermal shock resistance, corro-sion resistance and excellent spectrum transmittance, because of the high bond energy and compactness of the network structure. Thus it has become the fundamental material of the high-tech field and has been widely used in optics, photoelectrons and dielectric materials.[1–2] Higher properties of silica glass are required with the development of space technology, and the silica glass prepared by common chemical vapor deposition (CVD) method does not meet these requirements, because it contains a large quantity of hydroxy groups. Recently, the plasma chemical vapor deposition (PCVD) method has been widely used to prepare optical fiber, nanomaterials and thin films, and in heat treatment of materials.[3–4] The cleanliness of its heat source ensures the purity of materials and avoids secondary pollutant. In this paper, silica glass was synthesized by PCVD. 1 Experimental procedure A high frequency current was obtained by a modified 收稿日期：2007–10–01。修改稿收到日期：2008–01–30。第一作者：宋学富(1978—)，男，博士研究生。 通讯作者：顾真安(1936—)，男，中国工程院院士。Received date:2007–10–01. Approved date: 2008–01–30. First author: SONG Xuefu (1978–), male, postgraduate student for doctor degree. E-mail: songxuefu@https://www.wendangku.net/doc/2c18726127.html, Correspondent author: GU Zhen’an (1936–), male, academician of the Chinese Academy of Engineering. E-mail: guzha@https://www.wendangku.net/doc/2c18726127.html, 第36卷第4期2008年4月 硅酸盐学报 JOURNAL OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY Vol. 36，No. 4 April，2008

等离子体及其技术应用

等离子体及其技术应用 生化系化学教育姓名：蒋敏学号：20101420 摘要：通过介绍等离子体的概念、分类、特性、原理及其在化学工业、材料工业、电子工业、能源方面和机械工业、国防工业、生物医学及环境保护方面的技术应用。 关键词：等离子体、概念、特性、原理、应用 前言：等离子体是宇宙中物质存在的一种状态。物质除固、液、气三态外，还有第四种状态即等离子态。所谓等离子体就是气体在外力作用下发生电离，产生电荷相反、数量相等的电子和正离子以及游离基(电子、离子和游离基之间又可复合成原子和分子)，由于在宏观上呈中性，故称之为等离子体。处于等离于态的各种物质微粒具有较强的化学活性，在一定的条件下可获得较完全的化学反应，物质的各态之间是可以相互转化的。 1. 等离子体 等离子体是由电子、离子等带电粒子以及中性粒子(原子、分子、微料等)组成的, 宏观上呈现准中性, 且具有集体效应的混合气体。所谓准中性是指在等离子体中的正负离子数目基本相等, 系统在宏观上呈现中性, 但在小尺度上则呈现出电磁性, 而集体效应则突出地反映了等离子体与中性气体的区别。 1.1等离子体的含义 由电子、离子和中性粒子三种成分组成。其中电子和离子的电荷总数基本相等，因而作为整体是电中性的。等离子体是由大量带电粒子组成的有宏观空间尺度和时间尺度的体系。 1.2等离子体的产生 对液体加热使之温度升高，可以使它转化为气体。在通常的气体中，物质的最小单元是分子。如果对气体再加热使气体温度升高时，分子会分解成单个原子，这种以原子为基本单元而组成的气体叫做原子气体。使原子气体的温度再升高，原子运动的速度增大。通过相互碰撞使之电离出自由电子和阳离子，当许多原子被电离之后，会形成一个电离过程、电离成的离子与电子复合成中性微粒过程之间的动态平衡，因此

等离子体增强化学气相沉积(PECVD)综述知识交流

等离子体增强化学气相沉积(P E C V D)综述

等离子体增强化学气相沉积（PECVD）综述 摘要：本文综述了现今利用等离子体技术增强化学气相沉积（CVD）制备薄膜的原理、工艺设备现状和发展。 关键词：等离子体；化学气相沉积；薄膜； 一、等离子体概论——基本概念、性质和产生 物质存在的状态都是与一定数值的结合能相对应。通常把固态称为第一态，当分子的平均动能超过分子在晶体中的结合能时，晶体结构就被破坏而转化成液体(第二态)或直接转化为气体(第三态)；当液体中分子平均动能超过范德华力键结合能时，第二态就转化为第三态；气体在一定条件下受到高能激发，发生电离，部分外层电子脱离原子核，形成电子、正离子和中性粒子混合组成的一种集合体形态，从而形成了物质第四态——等离子体。 只要绝对温度不为零，任何气体中总存在有少量的分子和原子电离，并非任何的电离气体都是等离子体。严格地说，只有当带电粒子密度足够大，能够达到其建立的空间电荷足以限制其自身运动时，带电粒子才会对体系性质产生显著的影响，换言之，这样密度的电离气体才能够转变成等离子体。此外，等离子体的存在还有空间和时间限度，如果电离气体的空间尺度L下限不满足等离子体存在的L>>l D（德拜长度l D）的条件，或者电离气体的存在的时间下限不满足t>>t p（等离子体的振荡周期t p）条件，这样的电离气体都不能算作等离子体。

在组成上等离子体是带电粒子和中性粒子（原子、分子、微粒等）的集合 体，是一种导电流体，等离子体的运动会受到电磁场的影响和支配。其性质宏观上呈现准中性（quasineutrality ），即其正负粒子数目基本相当，系统宏观呈中性，但是在小尺度上则体现电磁性；其次，具有集体效应，即等离子体中的带电粒子之间存在库仑力。体内运动的粒子产生磁场，会对系统内的其他粒子产生影响。 描述等离子体的参量有粒子数密度n 和温度T 。 通常用n e 、n i 和n g 来表示等离子体内的电子密度、粒子密度和中性粒子密度。当n e ＝n i 时，可用n 来表示二者中任一带电粒子的密度，简称等离子体密度。但等离子体中一般含有不同价态的离子，也可能含有不同种类的中性粒子，因此电子密度与粒子密度不一定总是相等。对于主要是一阶电离和含有同一类中性粒子的等离子体，可以认为n e ≈ n i ，对此，定义：a =n e /( n e + n g )为电离度。在热力学平衡条件下，电离度仅取决于粒子种类、粒子密度及温度。用T e 、T i 和T g 来表示等离子体的电子温度、离子温度和中性粒子温度，考虑到“热容”，等离子体的宏观温度取决于重粒子的温度。在热力学平衡态下，粒子能量服从麦克斯韦分布，单个粒子平均平动能KE 与热平衡温度T 关系为： 21322 kT KE mv == 等离子体的分类按照存在分为天然和人工等离子体。按照电离度a 分为： a<<0.1称为弱电离等离子体，当a ＞ 0.1时，称为为强电离等离子体；a ＝1 时，则叫完全等离子体。按照粒子密度划分为致密等离子体n ＞1518310cm -，若ｎ＜1214310cm -为稀薄等离子体。按照热力学平衡划分为完全热力学平衡等离子体，即

化学气相沉积技术的应用与研究进展汇总

化学气相沉积技术的应用与研究进展 摘要：本文主要围绕化学气相沉积（cvd ）技术进行展开，结合其基本原理与特点，对一些CVD 技术进行介绍。同时也对其应用方向进行一定介绍。 关键词：cvd ；材料制备；应用 引言 化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition,简称CVD)技术是近几十年发展起来的主要应用于无机新材料制备的一种技术。[1] CVD 是一种以气体为反应物(前驱体),通过气相化学反应在固态物质(衬底)表面生成固态物质沉积的技术。它可以利用气相间的反应, 在不改变基体材料的成分和不削弱基体材料的强度条件下,赋予材料表面一些特殊的性能。 本文论述了化学气相沉积技术的基本原理、特点和最新发展起来的具有广泛应用前景的几种新技术, 同时分析了化学气相沉积技术的发展趋势, 并展望其应用前景。 1 CVD 原理 化学气相沉积( CVD, Chemical Vapor Deposition) 是把含有构成薄膜元素的气态反应剂或液态反应剂的蒸气及反应所需其它气体引入反应室, 在衬底表面发生化学反应, 并把固体产物沉积到表面生成薄 膜的过程。 图1 CVD 法示意图 CVD 的化学反应主要可分两种:一是通 过一种或几种气体之间的反应来产生沉积，如超纯多晶硅的制备、纳米材料（二氧化钛）的制备等；另一种是通过气相中的一个组分与固态基体（有称衬底）表面之间的反应来沉积形成一层薄膜，如集成电路、碳化硅器皿和金刚石膜部件的制备等。 它包括 4 个主要阶段: ① 反应气体向材料表面扩散; ② 反应气体吸附于材料的表面; ③ 在材料表面发生化学反应; ④ 气态副产物脱离材料表面。 在 CVD 中运用适宜的反应方式, 选择相应的温度、气体组成、浓度、压力等参数就能得到具有特定性质的薄膜。但是薄膜的组成、结构与性能还会受到 CVD 内的输送性质( 包括热、质量及动量输送) 、气流 的性质( 包括运动速度、压力分布、气体加热等) 、基板种类、表面状态、温度分布状态等因素的影响。[2][3][4] 2 CVD 技术特点 ① 在中温或高温下，通过气态的初始化合物之间的气相化学反应而形成固体物质沉积在基体上。 ② 可以在常压或者真空条件下(负压“进行沉积、通常真空沉积膜层质量较好)。 ③采用等离子和激光辅助技术可以显著地促进化学反应，使沉积可在较低的温度下进行。