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氧等離子體處理是一種有效的表面清潔和改性技術(shù),可去除有機(jī)污染物并增加材料的親水性。氧氣電離產(chǎn)生氧等離子體,氧等離子體是由氧分子、原子、離子以及電離出的電子構(gòu)成的集合體。氧等離子體含有多種類型的高活性物質(zhì),其主要組分包括O+、O-、O2+、O2-、O、O3、臭氧離子、亞穩(wěn)態(tài)O2和自由電子等粒子。當(dāng)材料表面暴露于氧等離子體中時(shí),就會(huì)引起表面的一系列反應(yīng),引起材料表面的物理形貌和化學(xué)結(jié)構(gòu)的變化,或產(chǎn)生刻蝕而粗糙,或形成致密的交聯(lián)層,或引入含氧極性基團(tuán),使親水性、粘接性、可染色性、生物相容性及電性能分別得到改善,從而提高材料的表面性能,但材料的基本性能基本上不受影響。
氧等離子體清洗去除有機(jī)污染物
有機(jī)物主要是由C元素和H元素組成的化合物,對(duì)于有機(jī)物的清洗最為重要的是亞穩(wěn)態(tài)的活性氧和有機(jī)物分子之間的反應(yīng):CxHy+O2*→CO2+H20
亞穩(wěn)態(tài)氧分子和其他活性氧粒子會(huì)與有機(jī)物分子相結(jié)合相結(jié)合產(chǎn)生如CO2、H2O等易于去除的小分子。
污染物去除后,O2等離子體中的物質(zhì)會(huì)與表面產(chǎn)生的自由基發(fā)生反應(yīng)。該反應(yīng)會(huì)使含氧官能團(tuán)(例如羰基(C=O)、羧基(-COOH)和羥基(-OH))接枝到材料表面上。這些極性官能團(tuán)增加了疏水材料表面的親水性,提高其潤濕性和附著力。
使用O2等離子體對(duì)硅晶片進(jìn)行表面活化
就硅片而言,氧等離子體中的活性物質(zhì)與硅表面碰撞,去除有機(jī)污染物,并用含氧官能團(tuán)和懸空鍵(自由基)取代表面原子,使硅片表面的羥基顯著增加,從而大大增加表面極性和親水性。
硅片氧等離子清洗前后水滴角對(duì)比,左邊清洗前,右邊清洗后
如圖所示經(jīng)過氧等離子清洗的硅片水滴角明顯下降變得十分親水。
等離子技術(shù)
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