氢、氮、氧、氩和氦气体在等离子清洗中的作用及气体选配

等离子清洗简称干法清洗，是设备利用射频等离子源的激发，使工艺气体激发成为离子态，期间会产生多种活性组分，一部分活性粒子轰击在被清洗表面进行物理清洗，另一部分活性粒子与被清洗表面接触发生复杂的理化反应，通过真空泵将反应产生的污染物排走，达到清洗效果。通过等离子清洗可以有效清除被清洗表面污染物与清洗材质表面的污染物、改善表面状态、增加材料的粘附性能、提高材料表面的浸润性能。
在清洗物体前首先要对清洗的物体和污物进行分析，然后进行气体的选配。依据等离子的作用原理可将选配气体分为两类，一类是氢气和氧气等反应性气体，其中氢气主要应用于清洗金属表面的氧化物，发生还原反应。氧气主要应用于清洗物体表面的有机物，发生氧化反应。另一类是氩气、氦气和氮气等非反应性气体，氮等离子处理能提高材料的硬度和耐磨性。氩气和氦气性质稳定，并且放电电压低（氩原子的电离能E为15.57eV）易形成亚稳态的原子，一方面利用其高能粒子的物理作用清洗易被氧化或还原的物件,Ar+轰击污物形成挥发性污物被真空泵抽走，避免了表面材料发生反应；另一方面利用氩气易形成亚稳态的原子，再与氧气氢气分子碰撞时发生电荷的转换和再结合，形成氧氢活性原子作用于物体表面。它降低了电离和活化氧氢的电压和能量，使得产生活性粒子更多更容易，反应过程如下：Ar*+X→Ar+X2*
e+X2*→e+X+X*
氢气、氧气、氩气三种气体等离子清洗三种原理
对于不同类型表面常用的气体选配方法见表1。
表1不同类型表面常用气体选配方法在清洗表面氧化物时用纯氢虽然效率高，但这里主要考虑放电的稳定性和安全，在应用时选用氩氢混合较为合适，另外对于材料易氧化或易还原的材料也可以采用颠倒氧气和氩氢气体的清洗顺序来达到清洗彻底的目的。
在等离子清洗中，一般可将活化气体分为两类：一类为由惰性气体产生的等离子体（如Ar，N等）；另一类为由反应性气体产生的等离子体（如O，H，氟气体等）。正确的工艺气体选择是等离子清洗成功的第一步，只有了解了各种等离子清洗工艺气体的作用才能知道气体该如何选配。24449