1.3 Воздействие плазменного потока на обрабатываемый материал

1.3.1 Типы воздействия плазмы на обрабатываемый материал

В основу работы технологического плазменного оборудования, используемого в настоящее время, могут быть положены различные типы воздействия плазмы на обрабатываемый материал:

1) термическое воздействие плазмы на введенные в реакционный объем материалы и среды;

2) воздействие заряженными частицами высоких энергий (ионами и электронами);

3) воздействие нейтральными возбужденными в плазме химически активными атомами, молекулами и радикалами;

4) воздействие фотонами ультрафиолетового диапазона излучения;

5) комплексное воздействие.

С труктурно все вышесказанное может быть упрощенно представлено в следующем виде:

Рисунок 1.16 – Типы воздействия плазмы на обрабатываемый материал

Каждый из приведенных типов воздействия определяет назначение соответствующего технологического оборудования и процессов:

• для очистки поверхности от органических или неорганических загрязнений или пленок;

• для осаждения толстых или тонких слоев (нанесения покрытий);

• для травления слоев физическим распылением;

• для травления слоев плазмохимическим способом;

• для резки материалов;

• для сварки материалов;

• для получения монокристаллов или порошков тугоплавких материалов;

• для полимеризации поверхностных слоев и т. д.

В разных конкретных видах технологического оборудования может использоваться плазма с различными сильно отличающимися характеристиками и параметрами. Это может быть либо термическая низкотемпературная квазиравновесная плазма с высокой среднемассовой температурой частиц ( ), либо холодная неравновесная плазма при пониженном давлении с высокой электронной температурой ( ).

Типы воздействия на обрабатываемый материал могут резко отличаться, однако в любом случае инструментом воздействия служит плазма газового электрического разряда либо ее составляющая. Обычно это плазма с контролируемым составом обновляемой газовой среды в замкнутом объеме. Чаще всего для передачи энергии в плазму используются такие виды разрядов, которые не вносят загрязнения конструктивных элементов разрядного устройства.

Многие плазменные и ионно-плазменные технологии предполагают использование плазменных потоков с большими скоростями (плазменных струй) с энергией ионов от 10 эВ и выше. Требуемые энергии частиц и ско­рости плазменного потока для таких плазменных технологий дос­тигаются за счет ускорения образуемой плазмы электрическим полем.

Отметим, что ускорение ионов плазмы в соответствующих технологических устройствах (плазменных ускорителях) обусловлено как элек­трически полем, так и столкновениями с другими частицами, благодаря которым энергия хаотического движения ионов переходит в энергию направленного движения (тепловое или газодинамическое ускорение ионов). Наибольшее значение для плазменных ускорителей имеет электрическое ускорение ионов. Нейтральные же частицы ускоряются под действием одних только столкновений.