等離子體PPT課件

1、1、什么是等離子體？等離子體：又叫做電漿，通常被視為物質(zhì)的第四種形態(tài)。它是由部分電子被剝奪后的原子及原子被電離后產(chǎn)生的正負(fù)電子組成的離子化氣體狀物質(zhì)。等離子體是一種很好的導(dǎo)電體，用磁場(chǎng)可以捕捉、移動(dòng)和加速等離子體。第1頁/共29頁 低溫等離子體：輕度電離 的等離子體，離子溫度一般 遠(yuǎn)低于電子溫度。 等離子體 高溫等離子體：高度電離的等 離子體，離子溫度和電子溫度 都很高。第2頁/共29頁第3頁/共29頁2、怎樣產(chǎn)生等離子體？怎樣產(chǎn)生等離子體？固體固體 液體液體 氣體氣體 等離子體等離子體 能量能量 能量能量 能量能量等離子體的形成等離子體的形成物質(zhì)的四種狀態(tài)第4頁/共29頁方法1：對(duì)于氣態(tài)的物

2、質(zhì)，溫度升高到幾千度時(shí)，由于物質(zhì)分子的熱運(yùn)動(dòng)的加劇，相互間的碰撞就會(huì)使氣體的分子產(chǎn)生電離，這樣的物質(zhì)就變成正離子和電子組成的混合物等離子體。方法2：第5頁/共29頁各種等離子體的密度和溫度第6頁/共29頁低溫等離子體的建立系統(tǒng);水平式和垂直式等離子體工業(yè)生產(chǎn)模型產(chǎn)生低溫等離子體系統(tǒng)第7頁/共29頁等離子體主要主要用于以下3方面：離子體冶煉：離子體冶煉：用于難于冶煉的材料，例如高熔點(diǎn)的鋯(Zr)、鈦(Ti)、鉭(Ta)、鈮(Nb)、釩(V)、鎢(W)等金屬；還用于簡(jiǎn)化工藝過程，例如直接從ZrCl、MoS、TaO和TiCl中分別等離子體獲得Zr、Mo、Ta和Ti；可開發(fā)硬的高熔點(diǎn)粉末，如碳化鎢-鈷

3、。 等離子體噴涂：等離子體噴涂：用等離子體沉積快速固化法可將特種材料粉末噴入熱等離子體中熔化，并噴涂到基體（部件）上，使之迅速冷卻、固化，形成接近網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的表層，這可大大提高噴涂質(zhì)量。 等離子體焊接：等離子體焊接：可用以焊接鋼、合金鋼；鋁、銅、鈦等及其合金。特點(diǎn)是焊縫平整，可以再加工沒有氧化物雜質(zhì),焊接速度快。用于切割鋼、鋁及其合金，切割厚度大。第8頁/共29頁 等離子體主要作用： 清潔：去除表面有機(jī)物污染和氧化物 刻蝕：化學(xué)反應(yīng)性刻蝕、物理刻蝕 改性：粗化、交聯(lián)3、等離子體的主要用途半導(dǎo)體IC行業(yè)蝕刻小孔，精細(xì)線路的加工IC芯片表面清洗綁定打線沉積薄膜紡織行業(yè)紡織纖維表面改性；生物和醫(yī)療行業(yè)

4、半透膜表面親水的改性；醫(yī)療器械的清潔鍍膜物理氣相沉積（PVD）鍍膜；化學(xué)氣相沉積（CVD）鍍膜；磁控濺射鍍膜；第9頁/共29頁10圖3 磁控濺射原理圖磁控濺射磁控濺射:基本原理就是以磁場(chǎng)改變電子運(yùn)動(dòng)方向，束縛和延長(zhǎng)電子的運(yùn)動(dòng)路徑，提高電子的電離概率和有效地利用了電子的能量。因此，在形成高密度等離子體的異常輝光放電中，正離子對(duì)靶材轟擊所引起的靶材濺射更加有效，同時(shí)受正交電磁場(chǎng)的束縛的電子只能在其能量將要耗盡時(shí)才能沉積在基片上。這就是磁控濺射具有“低溫”、“高速”兩大特點(diǎn)的機(jī)理。第10頁/共29頁第11頁/共29頁3.2、等離子體的其他用途等離子燈： 將手靠近等離子燈改變了高頻電場(chǎng)，使一根光線束從

5、內(nèi)部的球體遷移到接觸點(diǎn)上。接近玻璃球的任何導(dǎo)體都會(huì)在內(nèi)部產(chǎn)生電流，因?yàn)椴ＡР荒茏韪敉ㄟ^等離子體傳導(dǎo)的電流所產(chǎn)生的電磁場(chǎng)（盡管絕緣體確實(shí)阻隔了電流本身）。玻璃在離子化的氣體和手之間起到了電介質(zhì)的作用，就像電容器一樣。 潛在的危險(xiǎn)：把電子設(shè)備靠近或者放置在等離子燈上面時(shí)要特別小心：不只是玻璃殼會(huì)發(fā)熱，高電壓還會(huì)導(dǎo)致設(shè)備上積存大量靜電，即使有塑料保護(hù)外殼也一樣。第12頁/共29頁B2隱形戰(zhàn)略轟炸機(jī)（Spirit，“幽靈”）是目前世界上唯一的隱身戰(zhàn)略轟炸機(jī)。每架B-2造價(jià)為24億美元，若以重量計(jì)，B-2的重量單位價(jià)格比黃金還要貴兩至三倍第13頁/共29頁等離子體隱身技術(shù)方法一：是利用等離子體發(fā)生器產(chǎn)生

6、等離子體，即在低溫下，通過電源以高頻和高壓的形式提供的高能量產(chǎn)生間隙放電、沿面放電等形式，將氣體介質(zhì)激活、 電離形成等離子體。方法二：是在兵器特定部位（如強(qiáng)散射區(qū)）涂一層放射性同位素，它的輻射劑量應(yīng)確保它的a射線電離空氣所產(chǎn)生的等離子體包層具有足夠的電子密度和厚度，以確保對(duì)雷達(dá)波有最強(qiáng)的吸收。與前者相比，后者比較昂貴且維護(hù)困難。第14頁/共29頁獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn):(1)吸波頻帶寬、吸收率高、隱身效果好使用簡(jiǎn)便、使用時(shí)間長(zhǎng)、價(jià)格極其便宜；(2)俄羅斯的實(shí)驗(yàn)證明，利用等離子體隱身技術(shù)不但不會(huì)影響飛行器的飛行性能還可以減少30%以上的飛行阻力。存在難點(diǎn):(1)飛行速度對(duì)等離子體的影響; (2) 等離子體是

7、一項(xiàng)十分復(fù)雜 的系統(tǒng)工程，涉及到大氣等離子體技術(shù)、電磁理論與工程、空氣功力學(xué)、機(jī)械與電氣工程等學(xué)科，具有很強(qiáng)的學(xué)科交叉性。第15頁/共29頁 原理：等離子切割是利用高溫等離子電弧的熱量使工件切口處的金屬局部熔化(和蒸發(fā))，并借高速等離子的動(dòng)量排除熔融金屬以形成切口的一種加工方法。它更像是一把鋸，切割堅(jiān)韌的金屬如同熱刀切黃油一般。等離子切割第16頁/共29頁 4、等離子體的發(fā)展前景 等離子體的技術(shù)最近發(fā)展迅速，等離子體彩電、冰箱、空調(diào)等，都是高新產(chǎn)品，發(fā)展前景廣闊啊。等離子技術(shù)應(yīng)用于更新的實(shí)物上，可以發(fā)展出更好的產(chǎn)品供人們使用。所以其發(fā)展前景很廣闊。 第17頁/共29頁等離子體技術(shù)在VLSI中的

8、應(yīng)用 1.1.等離子體清洗技術(shù) 2.2.離子注入 3.3.干法刻蝕 4. 4.等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積（PECVDPECVD） 第18頁/共29頁 1 等離子體清洗的機(jī)理 主要是依靠等離子體中活性粒子的“活化作用”達(dá)到去除物體表面污漬的目的。就反應(yīng)機(jī)理來看，等離子體清洗通常包括以下過程：無機(jī)氣體被激發(fā)為等離子態(tài)；氣相物質(zhì)被吸附在固體表面；被吸附基團(tuán)與固體表面分子反應(yīng)生成產(chǎn)物分子；產(chǎn)物分子解析形成氣相；反應(yīng)殘余物脫離表面。第19頁/共29頁離子注入 將雜質(zhì)離化、加速，注入到晶體內(nèi)部經(jīng)退火形成特定雜質(zhì)分布的技術(shù)。第20頁/共29頁離子注入的特點(diǎn) 注入雜質(zhì)的純度高 雜質(zhì)濃度范圍選擇寬 可精確控制雜質(zhì)

9、的分布和深度，均勻性好 低溫工藝 摻雜工藝靈活 橫向擴(kuò)散小第21頁/共29頁離子注入的設(shè)備 離子源 離子加速 質(zhì)量分析器 掃描裝置 工藝腔（終端臺(tái)）第22頁/共29頁干法刻蝕 干法刻蝕：利用等離子體激活的化學(xué)反應(yīng)或者是利用高能離子束轟擊完成去除物質(zhì)的方法。 干法刻蝕主要分為以下三種： 一種是利用輝光放電產(chǎn)生的活性粒子與需要刻蝕的材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成揮發(fā)性產(chǎn)物完成刻蝕，也稱為等離子體刻蝕。 第二種是通過高能離子轟擊需要刻蝕的材料表面，使材料表面產(chǎn)生損傷并去除損傷的物理過程完成刻蝕，稱為濺射刻蝕。 兩種結(jié)合產(chǎn)生第三種刻蝕方法稱為反應(yīng)離子刻蝕。第23頁/共29頁等離子體刻蝕原理 等離子體刻蝕是采用高

10、頻輝光放電反應(yīng)，使反應(yīng)氣體激活成活性粒子，如原子或游離基，這些活性粒子擴(kuò)散到需刻蝕的部位，在那里與被刻蝕材料進(jìn)行反應(yīng)，形成揮發(fā)性生成物而被去除。它的優(yōu)勢(shì)在于快速的刻蝕速率同時(shí)可獲得良好的物理形貌。第24頁/共29頁等離子刻蝕的原理 等離子體中存在有離子、電子和游離基（游離態(tài)的原子、分子或原子團(tuán)）等，這些游離態(tài)的原子、分子或原子團(tuán)等活性粒子，具有很強(qiáng)的化學(xué)活性，位于硅片表面的薄膜材料原子就會(huì)與等離子體中的激發(fā)態(tài)游離基發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成揮發(fā)性的物質(zhì)，從而使薄膜材料收到刻蝕。 通過化學(xué)反應(yīng)完成，有比較好的選擇性。第25頁/共29頁濺射刻蝕的原理 等離子體中的高能離子射到硅片上的薄膜表面時(shí)，通過碰撞，高能離子與被撞擊的原子之間將發(fā)生能量和動(dòng)量的轉(zhuǎn)移，如果轟擊離子傳遞給被撞原子的能量比原子的結(jié)合能還要大，就會(huì)使被撞原子脫離原來的未知飛濺出