火与等离子体

火是物质燃烧产生的光和热。必须有可燃物、燃点、助燃气体（不一定是氧气）并存才能生火。三者缺任何一者就不能生火。

火是很泛的概念，基本包含两大元素：发光（光子的产生）和产热（如氧化、核反应所致）。在生活中，火可以被认为是物质发生某些变化时的表征。很多物质都能在某些特定的变化或说反应中产生光和热，两者共同构成我们所说的“火”。

譬如以蜡烛为例，蜡烛燃烧时当然产生了火。但我们到底该认为谁是火呢？是蜡，还是二氧化碳、水，甚至是炭或蜡分解出的小分子有机物？

水和二氧化碳是无法独自产生火的，可排除此可能性；我们在蜡烛燃烧时看到黑烟，说明炭还好好的存在着，并未发生反应，所以这种可能性亦不存在，至于其他杂分子，也是燃烧的副产物，既然称为产物，则不会在我们所讨论的反应过程中发生变化了，排除。只剩下蜡了。蜡是火？确实荒谬。不错，蜡本身绝不是火，但火源自蜡，而非上述任何其他物质，这是肯定的。蜡产生了火，而火却不是此反应中的任何反应物或生成物本身！火就是火自己！但火实际上确是一种物质，但又不仅仅是物质。

或许我们也会问“闪电是什么物质？”，有人可能会回答道“闪电是一种现象，不是一种物质”，这样的答复没什么意义。其实这个问题颇值得思考。闪电产生于空气中，更准确地说，是云（以水为主）中。书本告诉我们闪电是电中和所致，但这并不直击问题要害。相信某人说“闪电是一种大自然的现象”没人会反驳，但我提出的闪电与他说的闪电是两个不同的词。我说的是一个物质名词，他说的是一个动名词！举个例子，我说的闪电好比雪snow，而他所说的闪电好比下雪fall of snow OR snowing。对于火的理解，也有相同的理解分歧。但是，我们要清楚一点，任何自然现象都是物质的。客观存在的是物质本身，而其现象只是人脑中的反映，或说人的感知及后继的理性思考。

在火中，光既是物质又是能量，这不难接受。而对于热，大多数人认为热仅仅是能量，但实际上，热辐射作为一种电磁辐射，在量子物理中亦有物质性，其和光的本质是同一的。更深层上，物质与能量是统一的，可等价的。只是当代物理学界倾向于将物质统一于能量——受限的能量。所以火的本质既是同具光波和热辐射的电磁波，是物质，也是同具光能、热能的能量。

电子离开原子核，这个过程就叫做“电离”。这时，物质就变成了由带正电的原子核和带负电的电子组成的，一团均匀的“浆糊”，人们称它离子浆。这些离子浆中正负电荷总量相等，因此又叫等离子体。

火是物质吗?如果是,是什么物质?

火是物质燃烧产生的光和热，是能量的一种。必须有可燃物、燃点、氧化剂并存才能生火。三者缺任何一者就不能生火。火就是介于气态、固态、液态以外的等离子态。火是由等离子体（plasma）状态的物质组成的，plasma是由英国物理学家Sir William Crookes在1879年确定的物质的第四种状态（其它三种是固态、液态、气态）。

火有重力吗？答案是有的，因为火在无重力太空舱中的形状是球状的，它的形状受到重力的影响。

初中化学中定义火是物质燃烧过程中产生的发热发光的现象，那么又做如何解释呢？那是因为初中化学是从宏观现象来解释火，而现代物理在进入研究微观领域之后更注重从微观粒子角度解释现象。

从宏观定义的物质上来说，火是物质，因为从哲学的宏观定义上来说，物质的状态也是物质，物质和状态并不矛盾。

那我告诉你：从物理角度，火是等离子状态的物质；从化学角度，火是燃烧产生的现象；从哲学角度，火就是物质。

当然我知道，也许这个答案你并不满意，你还是会接着问：那么，火究竟是物质还是状态？呵呵！

你提出“火不是物质，为什么又要与其它物质相提并论”？因为你的前就错了——火不是物质。而我们把火与其它物质相提并论是因为人类的老祖先在给火起这个名字的时候在大脑中并没有像你一样考虑“火是什么”这个问题，而只是凭着他的认知和感觉将一切他可以看见、听见、感觉的到的东西全部放在一起“相提并论”！于是，大家都这样“相提并论”着，也就约定俗成了，谁也不会在看见火，用到火的时候像你、像物理学家、像化学家一样去考虑“火究竟是不是物质”！！

等离子体又叫做电浆，是由部分电子被剥夺后的原子及原子被电离后产生的正负电子组成的离子化气体状物质，它是除去固、液、气外，物质存在的第四态。等离子体是一种很好的导电体，利用经过巧妙设计的磁场可以捕捉、移动和加速等离子体。等离子体物理的发展为材料、能源、信息、环境空间，空间物理，地球物理等科学的进一步发展提新的技术和工艺。

看似“神秘”的等离子体，其实是宇宙中一种常见的物质，在太阳、恒星、闪电中都存在等离子体，它占了整个宇宙的99％。现在人们已经掌握利用电场和磁场产生来控制等离子体。例如焊工们用高温等离子体焊接金属。

等离子体可分为两种：高温和低温等离子体。现在低温等离子体广泛运用于多种生产领域。例如：等离子电视，婴儿尿布表面防水涂层，增加啤酒瓶阻隔性。更重要的是在电脑芯片中的蚀刻运用，让网络时代成为现实。

高温等离子体只有在温度足够高时发生的。太阳和恒星不断地发出这种等离子体，组成了宇宙的99％。低温等离子体是在常温下发生的等离子体（虽然电子的温度很高）。低温等离子体体可以被用于氧化、变性等表面处理或者在有机物和无机物上进行沉淀涂层处理。

等离子体是物质的第四态，即电离了的“气体”，它呈现出高度激发的不稳定态，其中包括离子(具有不同符号和电荷)、电子、原子和分子。其实，人们对等离子体现象并不生疏。在自然界里，炽热烁烁的火焰、光辉夺目的闪电、以及绚烂壮丽的极光等都是等离子体作用的结果。对于整个宇宙来讲，几乎99．9％以上的物质都是以等离子体态存在的，如恒星和行星际空间等都是由等离子体组成的。用人工方法，如核聚变、核裂变、辉光放电及各种放电都可产生等离子体。分子或原子的内部结构主要由电子和原子核组成。在通常情况下，即上述物质前三种形态，电子与核之间的关系比较固定，即电子以不同的能级存在于核场的周围，其势能或动能不大。

由离子、电子以及未电离的中性粒子的集合组成，整体呈中性的物质状态．

普通气体温度升高时，气体粒子的热运动加剧，使粒子之间发生强烈碰撞，大量原子或分子中的电子被撞掉，当温度高达百万开到1亿开，所有气体原子全部电离．电离出的自由电子总的负电量与正离子总的正电量相等．这种高度电离的、宏观上呈中性的气体叫等离子体．

等离子体和普通气体性质不同，普通气体由分子构成，分子之间相互作用力是短程力，仅当分子碰撞时，分子之间的相互作用力才有明显效果，理论上用分子运动论描述．在等离子体中，带电粒子之间的库仑力是长程力，库仑力的作用效果远远超过带电粒子可能发生的局部短程碰撞效果，等离子体中的带电粒子运动时，能引起正电荷或负电荷局部集中，产生电场；电荷定向运动引

起电流，产生磁场．电场和磁场要影响其他带电粒子的运动，并伴随着极强的热辐射和热传导；等离子体能被磁场约束作回旋运动等．等离子体的这些特性使它区别于普通气体被称为物质的第四态．

在宇宙中，等离子体是物质最主要的正常状态．宇宙研究、宇宙开发、以及卫星、宇航、能源等新技术将随着等离子体的研究而进入新时代．

低温等离子体

什么是低温等离子体低温等离子体的产生方法低温等离子体的应用领域

基本概念

等离子体是物质存在的第四种状态。它由电离的导电气体组成，其中包括六种典型的粒子，即电子、正离子、负离子、激发态的原子或分子、基态的原子或分子以及光子。

事实上等离子体就是由上述大量正负带电粒子和中性粒子组成的，并表现出集体行为的一种准中性气体，也就是高度电离的气体。无论是部分电离还是完全电离，其中的负电荷总数等于正电荷总数，所以叫等离子体。

等离子体的分类

1、按等离子体焰温度分：

（1）高温等离子体：温度相当于108~109 K完全电离的等离子体，如太阳、受控热核聚变等离子体。

（2）低温等离子体：

热等离子体：稠密高压（1大气压以上），温度103~105K，如电弧、高频和燃烧等离子体。

冷等离子体：电子温度高（103~104K）、气体温度低，如稀薄低压辉光放电等离子体、电晕放电等离子体、DBD介质阻挡放电等离子体、索梯放电等离子体等。

2、按等离子体所处的状态：

（1）平衡等离子体：气体压力较高，电子温度与气体温度大致相等的等离子体。如常压下的电弧放电等离子体和高频感应等离子体。

（2）非平衡等离子体：低气压下或常压下，电子温度远远大于气体温度的等离子体。如低气压下DC辉光放电和高频感应辉光放电，大气压下DBD介质阻挡放电等产生的冷等离子体。

什么是低温（冷）等离子体？

冰升温至0℃会变成水，如继续使温度升至100℃，那么水就会沸腾成为水蒸气。随着温度的上升，物质的存在状态一般会呈现出固态→液态→气态三种物态的转化过程，我们把这三种基本形态称为物质的三态。那么对于气态物质，温度升至几千度时，将会有什么新变化呢? 由于物质分子热运动加剧，相互间的碰撞就会使气体分子产生电离，这样物质就变成由自由运动并相互作用的正离子和电子组成的混合物（蜡烛的火焰就处于这种状态）。我们把物质的这种存在状态称为物质的第四态，即等离子体态(plasma)。因为电离过程中正离子和电子总是成对出现，所以等离子体中正离子和电子的总数大致相等，总体来看为准电中性。反过来，我们可以把等离子体定义为：正离子和电子的密度大致相等的电离气体。

从刚才提到的微弱的蜡烛火焰，我们可以看到等离子体的存在，而夜空中的满天星斗又都是高温的完全电离等离子体。据印度天体物理学家沙哈(M·Saha，1893-1956)的计算，宇宙中的99.9%的物质处于等离子体状态。而我们居住的地球倒是例外的温度较低的星球。此外，对于自然界中的等离子体，我们还可以列举太阳、电离层、极光、雷电等。在人工生成等离子体的方法中，气体放电法比加热的办法更加简便高效，诸如荧光灯、霓虹灯、电弧焊、电晕放电等等。在自然和人工生成的各种主要类型的等离子体的密度和温度的数值，其密度为106（单位：个／m3）的稀薄星际等离子体到密度为1025的电弧放电等离子体，跨越近20个数量级。其温度分布范围则从100K的低温到超高温核聚变等离子体的108-109K（1~10亿度）。温度轴的单位eV(electron volt)是等离子体领域中常用的温度单位，1eV=11600K。

通常，等离子体中存在电子、正离子和中性粒子(包括不带电荷的粒子如原子或分子以及原子团)等三种粒子。设它们的密度分别为ne,ni,nn，由于准电中性，所以电离前气体分子密度为ne≈n n。于是，我们定义电离度β=ne/(ne+nn)，以此来衡量等离子体的电离程度。日冕、核聚变中的高温等离子体的电离度都是100%，像这样β=1的等离子体称为完全电离等离子体。电离度大于

1%(β≥10-2)的称为强电离等离子体，像火焰中的等离子体大部分是中性粒子(β<10-3 )，称之为弱电离等离子体。

若放电是在接近于大气压的高气压条件下进行，那么电子、离子、中性粒子会通过激烈碰撞而充分交换动能，从而使等离子体达到热平衡状态。若电子、离子、中性粒子的温度分别为了Te，Ti，Tn，我们把这三种粒子的温度近似相等(Te≈Ti≈Tn)的热平衡等离子体称为热等离子体(thermal plasma)，在实际的热等离子体发生装置中，阴极和阳极间的电弧放电作用使得流入的工作气体发生电离，输出的等离子体呈喷射状，可称为等离子体炬(plasma jet)或等离子体喷焰(plasma torch)等。

另一方面，数百帕以下的低气压等离子体常常处于非热平衡状态。此时，电子在与离子或中性粒子的碰撞过程中几乎不损失能量，所以有Te>>Ti , Te>>Tn。我们把这样的等离子体称为低温等离子体(cold plasma)。当然，即使是在高气压下，低温等离子体也可以通过不产生热效应的短脉冲放电模式如电晕放电（corona discharge)、介质阻挡放电(Dielectric Barrier Discharge, DBD)或滑动电弧放电(Glide Arc Discharge or Plasma Arc)来生成。大气压下

的辉光放电技术目前也已成为世界各国的研究热点。可产生大气压非平衡态等离子体的机理尚不清楚，在高气压下等离子体的输运特性的研究也刚刚起步，现已形成新的研究热点。(To top)

低温等离子体的产生方法

辉光放电电晕放电介质阻挡放电射频放电滑动电弧放电射流放电大气

压辉光放电次大气压辉光放电

辉光放电(Glow Discharge)

辉光放电属于低气压放电(low pressure discharge)，工作压力一般都低于10mbar，其构造是在封闭的容器內放置两个平行的电极板，利用电子将中性原子和分子激发，当粒子由激发态(excited state)降回至基态(ground state)时会以光的形式释放出能量。电源可以为直流电源也可以是交流电源。每种气体都有其典型的辉光放电颜色(如下表所示)，荧光灯的发光即为辉光放电。因此，实验时若发现等离子的颜色有误，通常代表气体的纯度有问题，一般为漏气所至。辉光放电是化学等离子体实验的重要工具，但因其受低气压的限制，工业应用难于连续化生产且应用成本高昂，而无法广泛应用于工业制造中。目前的应用范围仅局限于实验室、灯光照明产品和半导体工业等。(To top)

部分气体辉光放电的颜色

部分气体的辉光放电实例

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电晕放电(Corona Discharge)

气体介质在不均匀电场中的局部自持放电。是最常见的一种气体放电形式。在曲率半径很大的尖端电极附近，由于局部电场强度超过气体的电离场强，使气体发生电离和激励，因而出现电晕放电。发生电晕时在电极周围可以看到光亮，并伴有咝咝声。电晕放电可以是相对稳定的放电形式，也可以是不均匀电场间隙击穿过程中的早期发展阶段。

电晕放电的形成机制因尖端电极的极性不同而有区别，这主要是由于电晕放电时空间电荷的积累和分布状况不同所造成的。在直流电压作用下，负极性电晕或正极性电晕均在尖端电极附近聚集起空间电荷。在负极性电晕中，当电子引起碰撞电离后，电子被驱往远离尖端电极的空间,并形成负离子,在靠近电极表面则聚集起正离子。电场继续加强时，正离子被吸进电极，此时出现一脉冲电晕电流，负离子则扩散到间隙空间。此后又重复开始下一个电离及带电粒子运动过程。如此循环，以致出现许多脉冲形式的电晕电流，电晕放电可以在大气压下工作，但需要足够高的电压以增加电晕部位的电场。一般在高压和强电场的工作条件下，不容易获得稳定的电晕放电，亦容易产生局部的电弧放电(arc)。为提高稳定性可将反应器做成非对称(asymmetric)的电极形式（如下图所示）。电晕放电反应器的设计主要参考电源的性质而有所不同，有直流电晕放电(DC corona)和脉冲式(pulsed corona)电晕放电。利用电晕放电可以进行静电除尘、污水处理、空气净化等。地面上的树木等尖端物体在大地电场作用下的电晕放电是参与大气电平衡的重要环节。海洋表面溅射水滴上出现的电晕放电可促进海洋中有机物的生成，还可能是地球远古大气中生物前合成氨基酸的有效放电形式之一。针对不同应用目的研究，电晕放电是具有重要意义的技术课题。(To top)

介质阻挡放电(Dielectric Barrier Discharge, DBD)

介质阻挡放电(DBD)是有绝缘介质插入放电空间的一种非平衡态气体放电又称介质阻挡电晕放电或无声放电。介质阻挡放电能够在高气压和很宽的频率范围内工作，通常的工作气压为104～106。电源频率可从50Hz至1MHz。电极结构的设计形式多种多样。在两个放电电极之间充满某种工作气体,并将其中一个或两个电极用绝缘介质覆盖,也可以将介质直接悬挂在放电空间或采用颗粒状的介质填充其中，当两电极间施加足够高的交流电压时，电极间的气体会被击穿而产生放电，即产生了介质阻挡放电。在实际应用中，管线式的电极结构被广泛的应用于各种化学反应器中，而平板式电极结构则被广泛的应用于工业中的高分子和金属薄膜及板材的改性、接枝、表面张力的提高、清洗和亲水改性中。(To top)

介质阻挡放电(DBD)常用结构

介质阻挡放电通常是由正弦波型(sinusoidal)的交流(alternating current, AC)高压电源驱动，随着供给电压的升高，系统中反应气体的状态会经历三个阶段的变化，即会由绝缘状态(insulation)逐渐至击穿(breakdown)最后发生放电。当供給的电压比较低时，虽然有些气体会有一些电离和游离扩散，但因含量太少电流太小，不足以使反应区内的气体出现等离子体反应，此时的电流为零。随着供给电压的逐渐提高，反应区域中的电子也随之增加，但未达到反应气体的击穿电压(breakdown voltage; avalanche voltage)时，两电极间的电场比较低无法提供电子足够的能量使气体分子进行非弹性碰撞，缺乏非弹性碰撞的结果导致电子数不能大量增加，因此，反应气体仍然为绝缘状态，无法产生放电，此时的电流随着电极施加的电压提高而略有增加，但几乎为零。若继续提高供給电压，当两电极间的电场大到足夠使气体分子进行非弹性碰撞时，气体将因为离子化的非弹性碰撞而大量增加，当空间中的电子密度高于一临界值时及帕邢(Paschen)击穿电压时，便产生許多微放电丝(microdischarge)导通在两极之间，同时系統中可明显观察到发光(luminous)的現象此时，电流会随着施加的电压提高而迅速增加。

在介质阻挡放电中，当击穿电压超过帕邢(Paschen)击穿电压时，大量随机分布的微放电就会出现在间隙中，这种放电的外观特征远看貌似低气压下的辉

光放电，发出接近兰色的光。近看，则由大量呈现细丝状的细微快脉冲放电构成。只要电极间的气隙均匀，则放电是均匀、漫散和稳定的。这些微放电是由大量快脉冲电流细丝组成，而每个电流细丝在放电空间和时间上都是无规则分布的，放电通道基本为圆柱状，其半径约为0.1~0.3mm，放电持续时间极短，约为10~100ns，但电流密度却可高达0.1~1kA/cm2，每个电流细丝就是一个微放电，在介质表面上扩散成表面放电，并呈现为明亮的斑点。这些宏观特征会随着电极间所加的功率、频率和介质的不同而有所改变。如用双介质并施加足够的功率时，电晕放电会表现出“无丝状”、均匀的兰色放电，看上去像辉光放电但却不是辉光放电。这种宏观效应可通过透明电极或电极间的气隙直接在实验中观察到。当然，不同的气体环境其放电的颜色是不同的。

虽然介质阻挡放电已被开发和广泛的应用，可对它的理论研究还只是近20年来的事，而且仅限于对微放电或对整个放电过程某个局部进行较为详尽的讨论，并没有一种能够适用于各种情况DBD的理论。其原因在于各种DBD的工作条件大不相同，且放电过程中既有物理过程，又有化学过程，相互影响，从最终结果很难断定中间发生的具体过程。

由于DBD在产生的放电过程中会产生大量的自由基和准分子，如OH、O、NO 等，它们的化学性质非常活跃，很容易和其它原子、分子或其它自由基发生反应而形成稳定的原子或分子。因而可利用这些自由基的特性来处理VOCs，在环保方面也有很重要的价值。另外，利用DBD可制成准分子辐射光源，它们能发射窄带辐射，其波长覆盖红外、紫外和可见光等光谱区，且不产生辐射的自吸收，它是一种高效率、高强度的单色光源。在DBD电极结构中，采用管线式的电极结构还可制成臭氧O3发生器。现在人们已越来越重视对DBD的研究与应用。(To top)

介质阻挡放电(DBD)实例

常见物质的介电系数和绝缘强度(To top)

射频低温等离子体放电（Radio Frequency Plasma Discharge)

射频低温等离子体是利用高频高压使电极周围的空气电离而产生的低温等离子体。由于射频低温等离子的放电能量高、放电的范围大，现在已经被应用于材料的表面处理和有毒废物清除和裂解中。射频等离子可以产生线形放电，也可以产生喷射形放电(To top)

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滑动电弧放电(Glide Arc Discharge or Plasma Arc)产生低温等离子体

滑动电弧放电等离子体通常应用于材料的表面处理和有毒废物清除和裂解。下图中的滑动电弧由一对像图中所示的延伸弧形电极构成。电源在两电极上施加高压引起电极间流动的气体在电极最窄部分电击穿。一旦击穿发生电源就以中等电压提供足以产生强力电弧的大电流，电弧在电极的半椭圆形表面上向右膨胀，不断伸长直到不能维持为止。电弧熄灭后重新起弧，周而复始。其视觉观看滑动电弧放电等离子体就像火焰一般，但其平均温度却比较低即使将餐巾纸放在等离子体焰上也不会燃烧。它又被称为“索梯”(Jacog's Ladder)。滑动电弧放电产生的低温等离子体为脉冲喷射，但可以得到比较宽的喷射式低温等离子体炬(plasma torch)。

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射流低温等离子放电（Jet Discharge)

几十年来，等离子体炬（plasma torch）的个工业应用已经众所周知，例如，氩弧焊、空气等离子体切割机和等离子体喷涂等。这些设备中的核心部件通常称为等离子体炬，其等离子体中心温度达数千度，是"热"等离子体。

近年来，人们为了进行有机材料，例如橡胶表面进行处理，以改善表面附着力，将等离子体炬的技术低温化和小型化，将"热弧"变为"冷弧"研制成射流低温等离子表面处理设备，喷枪出口温度仅数百度，甚至更低，并且已经开始向家用电器和汽车工业推广应用。有些高技术公司，例如中国的CORONA Lab.将这种技术产品化，可以用于高速在线处理。

1. 大气射流低温等离子表面处理的原理

流经冷弧等离子体射流枪的空气气流可以产生包括大量的氧原子在内的氧基活性物质，氧基等离子体照射材料表面，可以使附着于材料表面上的有机污染物"C"元素的分子分离，并变成二氧化碳后被清除；同时可以提高接触性能，从而可以提高接合强度和可靠性。

2. 大气射流低温等离子表面处理的工业应用

a) 不锈钢薄板对焊处的焊前处理

不锈钢薄板对焊在工业中应用很普遍，例如太阳能热水器的内桶就是用0.4mm

的不锈钢薄板卷成圆筒对焊制成。为了达到焊接要求，必须对焊接处进行必要的清洗。目前的清洗方法是湿法－人工用化学清洗剂擦洗，清洗成本高，有污染，很难实现自动化。

大气射流低温等离子清洗技术是干法，运用于薄板对焊的前处理，可代替传统的人工用化学清洗剂擦拭，降低了清洗成本，可提高焊接质量，减少对环境的污染，可实现焊接区清洗的自动化。

b) 塑料板的表面处理

塑料类，例如木塑是可以代用木材的新型材料，但表面油漆相当不易，这就大大限制了应用范围。如果用化学方法处理，价格高，污染大。为此，用大气射流低温等离子处理则材料表面会发生明显的变化：颜色略有变浅，反光度降低，呈亚光性；用手触摸可以感觉到表面略有粗糙；使喷漆的附着性能大大增强。经等离子体处理前后的附着力可以测试。测试方法：用划刀在待测部件表面划出垂直井字结构划痕，用软毛刷轻刷划线表面去掉碎沫。用透明胶带贴于划线上，胶带与样品间应无气泡，保持1～2分钟；以约60度角度恒定速度将胶带撕起。观察划线及正方形的完整度以判断附着力的大小。

c) 橡胶制品的处理

橡胶在我们日常生活中大量使用，例如汽车的门封条。它的表面须要上漆或织绒。如果不经过低温等离子处理，则不易粘接。如果用化学清洗，既是离线的，又会污染环境。用在线等离子体处理是理想的解决办法。

d) 用于玻璃和金属平板处理

空气等离子体射流可以处理玻璃和金属表面，不但有效地清除了来自于大气中浮游灰尘产生的有机污染物，而且改变了表面的性能且持续性足够长。因而可以提高产品的接合强度。此外，常压等离子体清洗还可以用于有机材料和金属材料表面。

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大气压下辉光放电(APGD)

经过近20年的发展，低气压低温等离子体已取得了很大进展。但由于其运行需抽真空、设备投资大、操作复杂、不适于工业化连续生产，限制了它的广泛应用。显然，最适合于工业生产的是大气压下放电产生的等离子体。大气压下的电晕放电和介质阻挡放电目前虽然被广泛地应用于各种无机材料、金属材料和高分子材料的表面处理中，但却不能对各种化纤纺织品、毛纺织品、纤维和无纺布等材料进行表面处理。低气压下的辉光放电虽然可以处理这些材料，但存在成本、处理效率等问题，目前无法规模化应用于纺织品的表面处理。长期以来人们一直在努力实现大气压下的辉光放电(APGD)。1933年德国Von Engel 首次报道了研究结果，利用冷却的裸电极在大气压氢气和空气中实现了辉光放电，但它很容易过渡到电弧，并且必须在低气压下点燃，即离不开真空系统。1988年，Kanazawa等人报道了在大气压下使用氦气获得了稳定的APGD的研究成果，并通过实验总结出了产生APGD要满足的三个条件：（1）激励源频率需在1kHz以上；（2）需要双介质DBD；（3）必须使用氦气气体。此后，日本的Okazaki、法国的Massines和美国的Roth研究小组分别采用DBD的方法，用不同频率的电源和介质，在一些气体和气体混合物中宣称实现了大气压下“APGD”。1992年，Roth小组在5mm氦气间隙实现了APGD，并声称在几个毫米的空气间隙中也实现了APGD, 主要的实验条件为湿度低于15% 、气体流速

50l/min、频率为3kHz的电源并且和负载阻抗匹配。他们认为“离子捕获”是实现APGD的关键。Roth等人用离子捕获原理解释APGD，即当所用工作电压频率高到半个周期内可在极板之间捕获正离子，又不高到使电子也被捕获时，将在气体间隙中留下空间电荷，它们影响下半个周期放电，使所需放电场强明显降低，有利于产生均匀的APGD。他们在实验室的一台气体放电等离子体实验装置中实现了Ar、He和空气的“APGD”。1993年Okazaki小组利用金属丝网（丝直径0.035mm，325目）电极为PET膜（介质）、频率为50Hz的电源，在1.5mm

的气体（氩气、氮气、空气）间隙中做了大量的实验，并宣称实现了大气压辉光放电。根据电流脉冲个数及Lisajous图形（X轴为外加电压，Y轴为放电电荷量）的不同，他们提出了区分辉光放电和丝状放电的方法，即若每个外加电压半周期内仅1个电流脉冲，并且Lisajous图形为两条平行斜线，则为辉光放电。若半周期内多个电流脉冲，并且Lisajous图形为斜平行四边形，则为丝状放电。法国的Massines小组、加拿大的Radu小组和俄罗斯的Golubovskii小组对APGD的形成机理也进行了比较深入的研究工作。Massines小组对氦气和氮气的APGD进行了实验研究和数值模拟，除了测量外加电压和放电电流之外，他们用曝光时间仅10ns的ICCD相机拍摄了时间分辨的放电图像，用时空分辨的光谱测量记录了放电等离子体的发射光谱，并结合放电过程的一维数值模拟，他们认为，氮气中的均匀放电仍属于汤森放电，而氦气中均匀放电才是真正意义上的辉光放电，或亚辉光放电。他们还认为，得到大气压下均匀放电的关键是在较低电场下缓慢发展大量的电子雪崩。因此，在放电开始前间隙中必须存在大量的种子电子，而长寿命的亚稳态及其彭宁电离可以提供这些种子电子。根据10ns暴光的ICCD拍摄的放电图像，Radu小组发现，在大气压惰性气体He、Ne、Ar、Krypton的DBD间隙中，可以实现辉光放电。除了辉光放电和丝状放电之外，还存在介于前两者之间的第三种放电模式--柱状放电。

从上个世纪末，国内许多单位如科罗纳实验室、清华大学、大连理工大学、华北电力大学、西安交通大学、华中科技大学、中科院物理所、河北师范大学等先后开始了对APGD的研究。由于APGD在织物、镀膜、环保、薄膜材料等技术里域有着诱人的工业化应用前景，在大气压下和空气中实现辉光放电产生低温等离子体一直是国内外学者探寻的研究重点和热点。2003年，国家自然科学基金委员会将“大气压辉光放电”列为国家重点研究项目。APGD的研究也取得了一些进展，如He、Ne、Ar、Krypton惰性气体在大气压下基本实现了APGD，空气也已经实现了用眼睛看上去比较均匀的准“APGD”。目前，对APGD的研究结果和认识是仁者见仁，智者见智。APGD的研究方兴未艾，已经受到国内外许多大学和研究机构的广泛重视。由于大气压辉光放电目前还没有一个认可标准，（只要选择一定的介质阻挡装置、频率、功率、气流、湿度等）许多实验所看到的放电现象和辉光放电很相似即出现视觉特征上呈现均匀的“雾状”放电，而看不到丝状放电，但这种放电现象是否属于辉光放电目前还没有共识和定论。

科罗纳实验室实现的APGD

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次大气压下辉光放电(HAPGD)产生低温等离子体

由于大气压辉光放电技术目前虽有报道但技术还不成熟，没有见到可用于工业生产的设备。而次大气压辉光放电技术则已经成熟并被应用于工业化的生产中。次大气压辉光放电可以处理各种材料，成本低、处理的时间短、加入各种气体的气氛含量高、功率密度大、处理效率高。可应用于表面聚合、表面接枝、金属渗氮、冶金、表面催化、化学合成及各种粉、粒、片材料的表面改性和纺织品的表面处理。次大气压下辉光放电的视觉特征呈现均匀的雾状放电；放电时电极两端的电压低而功率密度大；处理纺织品和碳纤维等材料时不会出现击穿和燃烧并且处理温度接近室温。次大气压辉光放电技术目前可用于低温材料、生物材料、异型材料的表面亲水处理和表面接枝、表面聚合、金属渗氮、冶金、表面催化、化学合成等工艺。由于是在次大气压条件下的辉光放电，处理环境的气氛浓度高，电子和离子的能量可达10eV以上。材料批处理的效率要高于低气压辉光放电10倍以上。可处理金属、非金属、（碳）纤维、金属纤维、微粒、粉末等。

次大气压下辉光放电效果实例

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低温等离子体的应用领域

低温等离子体物理与技术经历了一个由60年代初的空间等离子体研究向80年代和90年代以材料为导向研究领域的大转变，高速发展的微电子科学、环境科学、能源与材料科学等，为低温等离子体科学发展带来了新的机遇和挑战。

现在,低温等离子体物理与应用已经是一个具有全球影响的重要的科学与

工程，对高科技经济的发展及传统工业的改造有着巨大的影响。例如，1995年全球微电子工业的销售额达1400亿美元，而三分之一微电子器件设备采用等离子体技术。塑料包装材料百分之九十都要经过低温等离子体的表面处理和改性。科学家预测：二十一世纪低温等离子体科学与技术将会产生突破。据估计，低温等离子体技术在半导体工业、聚合物薄膜、材料防腐蚀、等离子体电子学、等离子体合成、等离子体冶金、等离子体煤化工、等离子体三废处理等领域的潜在市场每年将达一千几百亿美元。

等离子体辅助加工被用来制造特种优良性能的新材料、研制新的化学物质和化学过程，加工、改造和精制材料及其表面，具有极其广泛的工业应用--从薄膜沉积、等离子体聚合、微电路制造到焊接、工具硬化、超微粉的合成、等离子体喷涂、等离子体冶金、等离子体化工、微波源。等离子体辅助加工已开

辟的和潜在的应用领域包括：

●半导体集成电路及其它微电子设备的制造

●工具、模具及工程金属的硬化

●药品的生物相溶性包装材料的制备

●表面防蚀及其它薄层的沉积

●特殊陶瓷（包括超导材料）

●新的化学物质及材料的制造

●金属的提炼

●聚合物薄膜的印刷和制备

●有害废物的处理

●焊接

●磁记录材料和光学波导材料

●精细加工

●照明及显示

●电子电路及等离子体二极管开关

●等离子体化工(氢等离子体裂解煤制乙炔、等离子体煤气化、等离子体裂解重烃、等离子体制炭黑、等离子体制电石等)

对上述某些部分领域的目前潜在市场估计：

●半导体工业约为260亿美元

●等离子体电子学约为400亿美元

●工具及模具硬化约为20亿美元

●作记录和医用聚合物薄膜领域约为几十亿美元的市场

对一些新的有活力的市场估计：

●金属腐蚀防护约为500亿美元

●优质陶瓷约为50亿美元

● 在废物处理、金属提练、包装材料及制药业中的应用约为几十亿美元市场。

低温等离子体物理与应用是一个具有全球性影响的重要的科学与工程，对全世界的高科技工业发展及许多传统工业的改造都有着直接的影响，二十一世纪初等离子体辅助加工会产生重要的突破，而这些突破对高科技产业的保护及提高其在市场中的地位将是极为重要的，例如近十年来，低温等离子体的物理研究和技术应用在很多方面有了突破性的进展，最有代表性的是微电子工业等离子体的应用。1995年的微电子工业的全球销售额已达1400亿美元，其中三分之一的微电子器件的设备是采取等离子体技术。以"奔腾"芯片为代表的半导体微处理器的复杂生产过程中，三分之一是与等离子体有关的。现代塑料包装产品中的印刷、复合、涂布等工艺百分之九十都依赖低温等离子体的处理。

ICP等离子体直读光谱仪作业指导书

ICP等离子体直读光谱仪作业指导书 1 主题内容 本作业指导书规定了ICP等离子体发射光谱开机预热、编辑分析方法、和打印报告等各环节的具体操作程序。 2人员 操作人员须经过专业培训，考核合格，取得仪器操作授权。 3仪器的准备 (1)开机 调分压表为0.5—0.8Mpa，同时确认两瓶氩气储量足够。再确认氩气打开1小时后开主机。 (2)预热 主机开机以后预热一般2—3小时，使光室恒温指示达到90±0.2华氏度。 4计算机操作系统 (1)条件检查 再次确认氩气储量大于或等于一瓶，分压为0.5—0.8Mpa，通气时间大于40min。 检查并确认炬管等进样系统正确安装。 ●检查病确认废液桶有足够的容积空间。 ?将进样管放入水中。 (2)启动计算机

进入TEVA软件，点击点火图标，检查仪器连接是否正常。 如果仪器连接正常，点击点火图标，稳定15—30min后开始工作。 5编辑分析方法 (1)选择元素及谱线 在TEVA软件里选择Analysis 选择Methad，再选择new,选择所需要的元素，点击OK即可。 (2)设定分析参数 在上一步完成后，点击Methad，点击Analysis Preference设置重复次数、长短波积分时间。 (3)保存参数 点击Automated output，选上store results to database，点击Apply to all sample type,即可。 (4)设定标准系列 点击standards，输入标准系列，点击save保存。 6拍摄高标谱图 回到Analyst界面中，点击拍摄高标图标，选择各元素条件拍摄高标谱图。 7校正高标谱图里的谱线 选择使谱线波长接近元素波长，强度最大的位置为谱图的中心位置，然后右键点击Restore zoom即可。 8拍摄标准谱线 回到Analyst界面中，点击左下角Analyst，点击拍摄标准曲线图标，点击run，

用微波ECR等离子体溅射法在蓝宝石_0112_晶面上生长ZnO薄膜的研究

研究快讯 用微波ECR 等离子体溅射法在蓝宝石 (0112)晶面上生长Z nO 薄膜的研究Ξ 汪建华　袁润章 (武汉工业大学材料复合新技术国家重点实验室,武汉　430070) 邬钦崇　任兆杏 (中国科学院等离子体物理研究所,合肥　230031) (1998年6月12日收到;1998年11月27日收到修改稿) Ξ国家自然科学基金(批准号:19175046)资助的课题. 蓝宝石上外延生长ZnO 薄膜在表面波和声光器件中有重要的应用.用微波电子回旋共 振(ECR )等离子体溅射法在蓝宝石(0112)晶面上外延生长了ZnO 薄膜,膜无色透明,并且表面光滑,基片温度为380℃,为探索沉积工艺参数对薄膜结构的影响,用XRD 对不同基片温度和沉积速率生长的ZnO 薄膜进行了研究. PACC :0484 1　引言 随着声表面波(SAW )技术的发展,对更高频的SAW 器件的需求日益增加,因而希望有高声速的基片材料,在蓝宝石基片上溅射沉积ZnO 薄膜格外引人注目.如:当膜厚相当于SAW 波长时,则SAW 速率约为6000m/s ,高次模SAW 传播的速度则高达7000m/s 以上[1].这比LiNO 3或石英的SAW 速度大得多.众所周知,用溅射法能在玻璃衬底上生长c 轴取向的ZnO 薄膜,这种膜与衬底构成的层状结构可用于较低频段的SAW 器件.当用于几百MHz 以上的高频波段的薄膜SAW 器件时,若构成器件的压电ZnO 薄膜是多晶结构,则由于传播损耗大,而降低器件性能.这时就要使用单晶ZnO 薄膜[2].用化学气相沉积法生长的薄膜,沉积温度高,膜表面粗糙,用于SAW 器件时需要抛光.将薄膜抛光到有确定的SAW 相速度的一定厚度是很困难的.有文献报道,用射频溅射外延生长ZnO 薄膜,不用抛光工序即可获得光滑的薄膜.但这时使用了掺Li 2CO 3氧化锌陶瓷靶,溅射沉积时,获得的薄膜晶粒大,工艺稳定性和重复性差,制作的薄膜器件传输损耗大,尤其是当Li +离子吸收了空气中的水分时,在薄膜的表面会产生LiOH ,并降低器件的稳定性和可靠性[1,3—5]. 第48卷第5期1999年5月 100023290/1999/48(05)/0955206物　理　学　报ACTA PHYSICA SIN ICA Vol.48,No.5,May ,1999ν1999Chin.Phys.S oc.

双等离子体装置及其放电状态_马锦秀

双等离子体装置及其放电状态* 马锦秀，李阳芳，李经菊，俞昌旋，曹径祥，汪海，闻一之 中国科学技术大学近代物理系，合肥 230027 摘要 本文描述双等离子体装置的结构特点、真空运行状态、放电特性、以及等离子体状态的初步实验结果，并讨论在物理实验上的应用。 一、引言 双等离子体装置在实验室等离子体物理中有很多应用，由于两个真空室既可以单独工作，又可以对接工作，并且两真空室之间可以电绝缘使两边保持不同电位，因此具有很大的灵活性，在这样的装置上可以进行很多等离子体物理实验，如等离子体集体波动，带电尘埃与等离子体相互作用等等，鉴于这些原因，我们建立了双等离子体装置。 二、双等离子体装置整体结构 此装置由左右两个对称的真空室组成，其实物照片由图1所示，图2为结构示意图。装置由左右双筒、左右法栏盖、内部滚筒、动密封、抽气系统、真空检 图1、双等离子体装置实物照片 ______________________________________________________________________ * 本工作得到国家自然科学基金(批准号10175064，40244006)、教育部优秀青年教师资助计划和高等学校博士学科点专项科研基金的资助。

图2、双等离子体装置结构示意图 测系统、以及冷却系统组成。 左右双筒为对称结构，是Φ500×500的不锈钢筒，筒的两端是Φ610×δ21.5的法栏，在筒的上侧（或下侧）开有Φ150的刀口法栏，用于接抽气系统和通过动密封接电机。在筒的前后两侧对称开有Φ100的观察窗口，用10mm厚的石英玻璃做法栏盖，用来观察真空室内部情况。在筒的上下侧有Φ16接口各两个，用于插入规管，在其中一侧的中间有进气口，接WTK30-1型针阀。在Φ100观察窗的两侧各有一个Φ10的接口，用来插探针或其他元件接入口。在整个筒的外侧均匀布满Φ20×20的钕铁硼永久磁铁，磁铁的表面磁场约为5400 Gauss，其排列为环绕筒的方向是NS交替分布，一周排36个，沿筒的轴向排列是相同极性，每排13个，磁铁固定在磁铁盒内。磁场能透入真空室，在筒的内表面许多磁偶极结构，用来表面约束等离子体。此外在筒的外侧两排磁铁中间布有若干道Φ8的冷却水管(铜管)，用来冷却筒的表面，使磁铁不因温度升高而磁性降低。在左右筒之间用聚四氟乙烯或不锈钢法栏相连，其上可安装栅网，此法栏用绝缘螺栓固定，可以保证左右两筒电绝缘。除刀口法栏外，其余法栏和开口处均用氟橡胶密封。　 左法栏盖为Φ610×δ21.5的不锈钢，在其中心和两边125mm处开有三个Φ50的法栏，既可用作小观察窗，亦可用作其他部件(如探针)的接入口，法栏盖上安装9个电极，每3个一组，均匀分布在3个不同的圆周上，用来做阴极灯丝和阳极铜网的支撑和接口。在电极周围开有矩形和环形水槽，用来冷却电极和法栏盖。此外在垂直方向的直径上下两处对称开Φ10的探针口，用来按放探针。右法栏盖与左法栏盖的结构一样，只是少了电极和冷却水槽。 内部滚筒是Φ472×４１４的不锈钢卷筒，固定在右真空室内，其结构分内外卷

等离子体物理培养方案

等离子体物理学科硕士研究生培养方案 （专业代码：070204） 等离子体物理主要研究微波等离子体理论与应用、计算等离子体物理、等离子体电子学以及激光与等离子体的相互作用、聚变等离子体、等离子体诊断。微波等离子体理论与应用，重点研究其产生、维持的理论和方法，微波等离子体激光、微波等离子体沉积及新材料制备等。计算等离子体物理研究等离子体重要物理过程的粒子模拟技术（PIC技术）。等离子体电子学主要研究电磁场或电磁波和电子注及等离子体的三元相互作用，探索新型高效率、高功率微波器件。聚变等离子体学主要开展对受控聚变中所涉及的基础等离子体物理学进行细致研究。重点开展波与等离子体相互作用及加热机理，探索新型等离子体诊断方法。 一、培养目标 培养德、智体全面发展的，具有坚实的数理基础和等离子体物理专业知识，掌握本学科坚实的理论基础及系统的专门知识，掌握现代微波等离子体实验技能和基本的等离子体诊断技术，了解等离子体物理的前沿领域和发展动态。具有严谨求实的科学态度和工作作风及从事科学研究工作及独立从事专门技术工作的能力，能胜任高等院校、研究机构和产业部门有关方面的教学、研究、工程、开发及管理工作。 二、研究方向 1．微波等离子体理论与应用2．计算等离子体物理 3．聚变等离子体物理4．等离子体电子学 5．等离子体诊断6．太赫兹科学技术 三、培养方式和学习年限 全日制硕士研究生学制为三年。提前完成硕士学业者，可申请提前半年毕业；若因客观原因不能按时完成学业者，可申请适当延长学习年限，但最长学习年限不超过四年。 四、学分与课程学习基本要求 总学分要求不低于26学分，其中课程总学分不低于24个学分，必修环节不低于2学分。课程学分要求中，学位课不低于15学分，其中公共基础课必修，基础课至少选修一门。专业基础课中有“*”标志的为全校共选专业基础课。允许在导师指导下、在相同学科门类之间、工科与理科之间跨学科选修1～2门学位课作为本学科的学位课。 学位课可以代替非学位课，但非学位课不能代替学位课。对于跨学科专业录取的硕士生，要求补修相应专业本科核心课程至少2门，通过考试，但不计学分；通过后方可选修专业课。 研究生应在导师指导下制定个人培养计划和具体选课。研究生学习与研究课题有关的专业知识，可由导师指定内容系统地自学某些课程，并列入个人培养计划，但不计学分。 五、课程设置 研究生课程主要划分为学位课、非学位选修课、必修环节三大部分。

等离子体的磁约束原理

等离子体的磁约束原理 张玉萍 在辉光放电、弧光放电的阳极柱里，气体处在高度电离状态，但是其中正、负电荷密度几乎相等，这时的系统同普通的气体有明显的区别，1929年，美国的朗默尔（Langmuir）将它取名为“plasma”，译名为“等离子体”。在热核反应的高温（约在几百万开甚至一亿开左右）下，物质处于等离子态，但在热核反应的高温下，任何固体材料的容器早已熔毁，而且散热的速度随温度的升高而急剧增加。目前在大多数受控热核反应的实验装置里用磁场来约束等离子体，使之脱离器壁并限制它的热导。下面简单介绍等离子体磁约束的原理。 我们知道，带电粒子的速度v和磁感强度B成任意夹角时，此带电粒子在磁场中作螺旋线运动，且回旋半径R与磁感强度B成反比，磁场越强，半径越小，这样一来，在很强的磁场中，每个带电粒子的运动便被约束在一根磁感线附近的很小的范围内（右图），也就是说，带电粒子回旋轨道的中心（也叫引导中心）只能沿磁感线纵向移动，而不能横越它，只有当粒子发生碰撞时，引导中心才能由一根磁感线跳到另一根磁感线，因此，强磁场可以使带电粒子的横向输运过程（如扩散、热导）受到很大的限制。

实际问题中，例如受控热核反应，不仅要求引导中心受到横向约束，也希望有纵向约束。下述磁镜装置便能限制引导中心的纵向移动。如上图（a）所示，两个电流方向相同的线圈产生中央弱两端强的不均匀磁场，当处于中间区域的带电粒子沿着z轴向右运动时，设粒子带正电荷q， 速度v沿z轴，如图5-2（b）所示，粒子受到洛伦兹力 B v? q作用，使粒子向着如上图（b）所 示方向（垂直屏幕向里）偏转，可见粒子将获得绕轴旋转的运动速度θv（图中用?代表其方向），随着粒子分速度θv的出现，又将受到洛伦兹力F的作用，其径向分量r F使粒子向轴线偏转，轴

等离子体点火安全注意事项通用版

管理制度编号：YTO-FS-PD820 等离子体点火安全注意事项通用版 In Order T o Standardize The Management Of Daily Behavior, The Activities And T asks Are Controlled By The Determined Terms, So As T o Achieve The Effect Of Safe Production And Reduce Hidden Dangers. 标准/ 权威/ 规范/ 实用 Authoritative And Practical Standards

等离子体点火安全注意事项通用版 使用提示：本管理制度文件可用于工作中为规范日常行为与作业运行过程的管理，通过对确定的条款对活动和任务实施控制,使活动和任务在受控状态，从而达到安全生产和减少隐患的效果。文件下载后可定制修改，请根据实际需要进行调整和使用。 1.总则 1.1 为了保证等离子体点火工程设备现场安全、高效地施工、调试、运行和维护，避免人身伤害及设备损坏，编制该安全注意事项； 1.2 该注意事项适合于等离子体点火工程的组织人员、安装人员、现场调试人员和电厂的运行及维护人员； 1.3 烟台龙源电力技术股份有限公司（以下简称烟台龙源公司）对于等离子体点火工程必须指定现场负责人，负责与甲方、调试单位等有关方面联系及协调工作，建议甲方指定专人负责相关工作的协调； 1.4 现场工作必须遵守有关的安全规程及两票三制等保证安全的制度和要求； 1.5 烟台龙源公司必须提出等离子体点火工程调试大纲，呈请甲方审查并纳入整个机组的调试大纲； 1.6 在锅炉启动过程中，必须在确保安全的条件下实现等离子体点火，特别是防止发生炉膛爆破、二次燃烧等设备损坏和人员伤害事故。

电子回旋共振等离子体及其在材料加工中的应用

电子回旋共振等离子体及其在材料加工中的应用 02级近代物理系等离子体谢会乔PB02203013 摘要 对ECR等离子体放电原理,特点,参数诊断,以及在薄膜沉积和刻蚀方面的应用做一简要调研. 关键词ECR Plasma?lm etching 目录 §1引言1 §2ECR等离子体概述2§2.1ECR放电原理 (2) §2.2ECR等离子体源的优点 (2) §3ECR等离子体实验参数3§3.1等离子体实验参数 (3) §3.2利用双探针对射频偏置ECR–PECVD等离子体参数测量 (3) §3.2.1实验装置 (3) §3.2.2实验结果 (4) §3.3栅网与偏压对ECR等离子体特性影响的测量 (4) §3.3.1实验装置 (4) §3.3.2实验结果 (5) §4气体放电等离子体应用简介5§4.1等离子体表面改性 (6) §4.1.1薄膜沉积 (6) §4.1.2刻蚀 (7) §4.2ECR等离子体活化CVD沉积CN x H y薄膜 (7) §4.3ECR CCl2F2/Ar/O2等离子体放电刻蚀GaAs (8) §5结论9参考文献9 §1引言 20世纪70年代晚期,Suzuki等[1]介绍了电子回旋共振（Electron Cyclotron Resonance:ECR）等离子体可以用在硅的亚显微结构刻蚀上.早期实验表明ECR放电可以在中低压强下（10?4?5×10?3Torr）产生高密度等离子体（N e～1011?1012/cm?3）,并同时保持较低的等离子体电势.

在这种处理工艺条件下,离子成为重要的一种化学活性粒子组分,此时离子平均自由程大于离子壳层厚度.所以,通过在基板电极上加入独立的射频（RF）偏压,离子速度大小和方向可控,直接通过基片离子壳打在基片上.离子在穿过离子壳层时没有碰撞,以正常方式撞击基片.通过调整微波能量可以控制离子流,通过调整基片电极偏压可以控制轰击能量,因为离子流垂直于基片表面,通过合适地调整阻挡层,可以在基片上实现方向性很好的基片亚显微刻蚀. 上世纪90年代,ECR等离子体工艺技术已经相当成熟.发展了多种ECR等离子体装置和等离子体源设计思想,并在众多低压等离子体工艺中得到应用[2]. §2ECR等离子体概述 在实验室中,有很多方法和途径可以产生等离子体,如气体放电、激光压缩、射线辐照及热电离等,但最常见和最主要的还是气体放电法.气体放电可分为电晕放电、辉光放电和电弧放电.辉光放电又可以分为直流辉光放电、射频辉光放电和微波放电. 微波放电是将微波能量转换为气体分子的内能,使之激发、电离以产生等离子体的一种放电方式.这种放电虽然与射频放电有许多相似之处,但能量的传输方式却不相同.在微波放电中,通常采用波导管或天线将由微波电源产生的微波耦合到放电管内,放电气体存在的少量初始电子被微波电场加速后,与气体分子发生非弹性碰撞并使之电离.若微波的输出的功率适当,便可以使气体击穿,实现持续放电. 电子回旋共振的诞生和发展直接来源于高功率微波源的实现. §2.1ECR放电原理 图1为微波ECR等离子体放电装置示意图,这种放电装置分为两部分,即放电室和工作室.在放电 图1:微波ECR等离子体放电装置 室中,工作气体中的初始电子在由电流线圈产生的稳恒磁场的作用下,绕磁力线做回旋运动.电子的回 旋频率为 ωce=eB m e .(1) 其中,B为磁感应强度,e为电子电量,m e为电子质量.通过通过适当地调整磁场的空间分布,使得电子回旋频率在沿放电室的轴向上某一位置与微波的圆频率ω一致,那么就会产生共振现象,称为电子回旋共振.对于这种类型的放电装置,微波的频率一般为2.45GHz,那么发生共振的磁感应强度为875高斯.实际上,磁场沿着轴线是发散的.借助于发散磁场的梯度,可以将放电室中产生的等离子体输送到工作室中以供使用[2]. §2.2ECR等离子体源的优点 使用ECR等离子体源有很多显著优点,可以在较低气压下产生比较高密度的等离子体;由于气压较低,离子和活性粒子的平均自由程较长;等离子体电势较低;不需要放置在等离子体内电极,从而不会

等离子体诊断技术作业题及答案

“等离子体诊断技术”课程作业题 1.试述光谱分析法对激光等离子体诊断的特点以及能进行定量测试的物理量，并举例说明； 答：不同波段对分析仪器及所用的分析技术的要求不相同。而且各种类型的高温等离子体的参数范围变化很大，不同的参数范围和不同的诊断方法对光谱的分析也有不同的要求。在此着重介绍可见光区光谱分析，稍微介绍下红外和紫外以及X射线光谱。在可见光区，光谱分析基本上都是用棱镜光谱仪、衍射光栅光谱仪和干涉光谱仪。光谱分析仪中最关键的元件是棱镜或衍射光栅等色散元件，它用以使不同波长的光在空间分离出来。 棱镜的分光原理是基于某些透光物质的色散作用，即某些透光介质对不同光波的光具有不同的折射率。棱镜光谱分析仪最大的优点是其没有光谱重叠问题。其显 著缺点是，在0.4m μ到1.0m μ，d n dλ 均下降约达一个数量级，使角色散率和分辨 率都随波长而有显著变化。棱镜光谱仪的工作光谱区，主要取决于棱镜及其它光学零件所用材料的光谱透射率。国产KCA-1型大型棱镜摄谱仪，光源出发的光通过三透镜系统照明狭缝，使得整个狭缝照明均匀，并使光线充满物镜，从而发挥仪器的最大分辨率。狭缝是光谱仪中十分精密的部件，其缝宽调节精度达微米量级，它的高度有光阑调节。 近代高级的光谱仪大多都采用光栅作为色散元件。从广义上讲，任何一种装置和结构，只要它能给入射光的振幅或相位、或者两者同时加以周期性的空间调制，都称为衍射光栅。它的分光作用是基于光的衍射和干涉现象。实际采用的光栅都不采用投射式，而采用反射式。由于振幅调制式光栅的大部分光强仍然都落在五色散的零级谱上，因而现代所有的光栅都采用相位调制式反射光栅。相位调制式反射光栅的主要优点是，可以选择一定形状的沟槽断面，是大部分的入射光集中于预定的方向上，这种光栅称为闪耀光栅。闪耀光栅在闪耀方向上，所集中地入射总光能可达80%~90%，这是闪耀光栅的最大优点。在光栅光谱仪中，不同波长的不同光谱级的光会发生重叠，这是其最严重的缺点之一。反射光栅除了上述的平面反射光栅外，还有一种所谓凹面反射光栅，它是在球面反射镜上沿弦刻画出等间隔且等宽的许多平行直刻痕二制成的。凹面光栅除了具有与平面光栅相同

基于Fokker-Planck方程的等离子体模拟

基于Fokker-Planck方程的等离子体模拟 ALI SHAJII，DANIEL SMITH MKS Instruments, 90 Industrial Way, Wilmington, MA, USA, 01887 对于各个计算组织，等离子体的 模拟一直是个极大的挑战，有很多不 同近似程度的模拟计算方法。包括完 整的动力学计算方法，流体近似方法 和关于漂移扩散方程的方法。近几年 来，有人用Fokker-Planck方程处理 等离子体中的电子，同时把离子当作 流体进行耦合计算，获得了很好的计 算结果。本章我们将介绍基于通用 Fokker-Planck方程的计算求解过程， 并通过一个具体实例得到电容放电过程的电子密度分布。希望通过该简单模型使读者对等离子放电建模过程有个初步的了解。 1．引言 各种工业等离子体应用“过程”中都存在一个关键步骤[2][3]。历史上曾采用各种不同方法对等离子体进行简化建模，分别对应于不同层面问题所需准确性 [3][5][7]。这些层面包括： ●完整的动力学模型（多组分Boltzmann方程）[4]； ●使用Monte-Carlo方法的颗粒模拟[3]； ●Fokker-Planck近似[1][7]； ●多尺度流动模型（也被称作漂移扩散模型）[3]。 出于种种原因，使得 等离子体的建模和模拟 非常困难。首先，最直接 的使用多流体方程的模 型不能反应相关的等离 子体物理过程。其次，“水 动力学”系数完全取决于 研究的特定问题，不能作 为纯气体或液体的常数 简单测量。最重要的一点 是，完整的动力学模型包 括Boltzmann方程，计算 求解非常困难。 对于完整动力学模型和流动模型之间的需求空白，通常采用Fokker-Planck (FP)近似或者Monte Carlo (MC)颗粒模拟。这两种方法可以在所需计算复杂度和捕获等离子体重要物理细节之间找到一个很好的平衡。 本章的主要目的是展现用COMSOL Multiphysics求解FP方程的功能。为了对该问题给出一个整体认识，我们把侧重点集中在一个简单的例子上。特别是在

等离子体火炬生活垃圾焚烧处理方案教学文案

等离子体火炬生活垃圾焚烧处理方案 概述： 随着我国经济的快速发展，城市规模日益扩大，人口大量增加，生活垃圾产生量逐年增长。 生活垃圾处理不当将污染土壤、地下水，传播疾病，对环境造成巨大危害。 采用现代化技术，提高管理水平，以投资省、运行费用低、运行稳定、安全可靠为设计宗旨。 妥善处理生活垃圾焚烧处理过程中产生的烟气、废渣，避免二次污染。 焚烧装置概况： 近年来永研环保科技陆续推出等离子火炬工业固废焚烧、等离子火炬医疗废弃物焚烧、等离子火炬生活垃圾焚烧装置等一系列产品。 等离子火炬生活垃圾焚烧装置由等离子火炬、等离子火炬电源、进出料装置、焚烧炉、搅拌输送、烟气处理系统组合而成。 焚烧装置工作机理： 生活垃圾、固态、半固态、液态废弃物由料仓进入等离子火炬焚烧炉，等离子焚烧炉内置等离子火炬、搅拌、输送装置。 生活垃圾在搅拌输送装置作用下，翻滚前移，离子体火炬上千度穿透力极强的等离子焰，在短时间内将生活垃圾焚烧殆尽。 汞、锌、铅、锡、铜等重金属氧化并随烟气排出，经活性炭喷射装置，喷射活性炭富集后再行处理。 等离子火炬焚烧炉内烟气与生活垃圾逆向运动，助燃空气由等离子火炬焚烧炉布气机构输入炉体。 生活垃圾由干燥区进入焚烧区时含水率已经显著降低，高温烟气自焚烧区经干燥区与生活垃圾相向运动。 焚烧炉工作于微负压状态，设有泄爆装置保证设备安全。 烟气净化：SNCR+半干法+干法+活性炭喷射+袋式除尘。 焚烧装置技术参数： 等离子体火炬： 工作温度：800--1000℃用户设定，自动控制。 输出功率：100--400kW 自动调节输出功率，精确控制焚烧炉温度。 使用寿命：连续工作5000小时 焚烧炉： 等离子火炬焚烧炉（微负压）日处理50吨--200吨 送料装置：以处理量决定进料频度。 温度传感器：实时采集温度数据。 泄压装置保证设备安全 控制器：DCS控制

尘埃粒子及物理特性

尘埃粒子及物理特性
尘埃粒子及物理特性 (一) 、尘埃等离子体简介 等离子体和尘埃是已知宇宙空间中最为常见的两种成分，而二者的共存以及相可 作用则开辟了一个近年来非常新兴的研究领域一一尘埃等离子体。它不仅出现在等离 子体物理领域，而且也常出现在空间物理、电波传播，半导体科学、材料科学等领加 工、磁约束核聚变、空间探测等领域的应用有着重要的参考价值，同时它能够揭示等 离子体物理学以及其它相关领域中新的物理现象。b5E2RGbCAP 1．什么是尘埃等离子体 尘埃等离子体是指在等离子体巾包含了大量带电的固态弥散微粒子。尘埃粒子厂 泛存在于自然界，尤其是在宇宙空间中，例如星际空间、太阳系、地球电离层以及暂 星尾和行星环中都存在着各种尺度和密度的尘埃粒子。另外，尘埃粒子也存在于
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实验室等离子体和工业加工等离子体中。 2．尘埃粒子的来源 在太阳系中，人们已探测到各种形态和来源的尘埃粒子，如空间物质的碎片、陨 石微粒、月球的抛射物、人类对空间的”污染”物等。在星际云中，尘埃粒子可以是 电介质，如冰、硅粒等，也可能是类金属的物质，如石墨、磁铁矿等物质。尘埃颗粒 也普遍存在与实验室装置中，在电子学实验室中，尘埃粒子来源于电极、电介质的器 壁，或来源于充入的气体等。一般尘埃粒了的可能质量范围大约为 10-2～10-15g ，
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尺寸可能范围从几十纳米到几十微米不等。在等离子体中，这些尘埃粒子凶与电子、 离子碰撞而携带电荷，携带 等离子体问题的研究比较复杂。DXDiTa9E3d 3．尘埃等离子体的特性 (1) ．尘埃粒子具有大的荷电特性 由于球形尘埃粒子的半径 a 远小于等离子体的德拜长度 b ，因此尘埃小球具有的 电势将使其上的电子的温度与等离子体中的电子温度同量级，即 e ～kTe ，(k 为玻 尔兹曼常数) 。对应于这个电势，尘埃粒子上的电荷通常有很大的数值，一般尘埃粒 子带有 102—106 电子电荷。“浸”在等离子体中的尘埃粒子会受到屏蔽作用，即由等 离子体中的带电粒子形成尘埃粒子的屏蔽云.RTCrpUDGiT (2)．尘埃离子荷电量的可变性 当尘埃粒子间的平均距离 d 远大于等离子体的德拜长度时，可不考虑尘埃粒子间 的相互作用，即孤立地研究单个尘埃粒子。尘埃颗粒所带的电荷是可变的，它由 尘埃粒子本身的特性(前一时刻的带电情况) 和它周围等离子体的性质(如电子离子充 电电流、二次电子发射、光电发射、尘埃粒子的速度等) 有关，同时等离子体中电荷 密度扰动、温度扰动，以及一些外界环境条件的改变都可以改变尘埃粒子的带电情 况。例如有以下几种方式：a 、等离子体中电子、离子的熟运动将形成对尘埃粒子的 充电电流。一个带负电的尘埃粒子，它将排斥电子，吸引离子，引起电子电流减小， 使离子电流增大。b 、当碰撞尘埃粒子的初次电子具有足够大的能量时，可能引起尘 埃粒子的二次电子发射，从而导致尘埃粒子电势升高。C 、在尘埃粒子处于强的紫外 辐射的环境时(如太阳系中的一些情况) ，尘埃粒子可辐射光电子，相当于存在一个正 的充电电流。d 、尘埃粒子表面的化学反应，激光或射频电磁场的作用等都可能影响 尘埃粒子的荷电状况。当尘埃粒子间的平均距离 d 远大于等离子体的德拜长度这个条
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低温等离子体废气处理

有机、无机废气和恶臭处理技术 市场拓展人员培训教程 （宋文国，男，1968年出生，高级工程师，从事于节能环保项目多年。邮箱：,手机：） 一、行业废气概况 煤化工废气 煤制焦过程废气 焦化废气主要来源于装煤、炼焦、化产回收等过程。装煤初期，煤料在高温条件下与空气接触，形成大量黑烟及烟尘、荒煤气及对人体健康有害的多环芳烃。炼焦时，废气一方面来自化学转化过程中未完全炭化的细煤粉及其析出的挥发组分、焦油、飞灰和泄漏的粗煤气，另一方面来自出焦时灼热的焦炭与空气接触生成的CO、CO2、NOx等,主要污染物包括苯系物（如苯并芘）、酚、氰、硫氧化物以及碳氢化合物等。 煤制气过程废气 煤制气废气的来源主要是气化炉开车过程中由于炉内结渣、火层倾斜等非正常停车而产生的逸散，另外，还有炉内的排空气形成部分废气、固定床气化炉的卸压废气、粗煤气净化工序中的部分尾气、硫和酚类物质回收装置的尾气及酸性气体、氨回收吸

收塔的排放气。这些废气的主要成分包括碳氧化物、硫氧化物、氨气、苯并芘、CO、CH4等，有些还夹杂了煤中的砷、镉、汞、铅等有害物质，对环境及人体健康有较大的危害。 煤制油过程废气 煤的液化可分为直接液化和间接液化。煤直接液化时，经过加氢反应，所有异质原子基本被脱除，也无颗粒物，回收的硫可以获得元素硫，氮大多转化为氨。煤间接液化时，催化合成过程中的排放物不多，未反应的尾气（主要是CO）可以在燃烧器中燃烧，排放的废气中CO2和硫很少，也没有颗粒物的生成。煤液化过程对环境造成的影响较小，主要的污染物是液化残渣，这是一种高碳、高灰和高硫物质，在某些工艺中占到液化原料煤总量的40％左右，需进一步处理。 煤燃烧过程废气 煤燃烧过程主要污染物有粉尘与烟雾、SO2为主的硫化物、N2O、NO、NO2、N2O3、 N2O4等氮氧化物、Hg、Cd、Pb、Cr、As、Se、F等有害微量元素、产生温室效应的CO2等。煤直接燃烧的能量利用率低，环境污染严重。 石油化工厂废气 化工厂在生产过程中会产生大量的废气，比如：氨、三甲胺、硫化氢、二氧化硫、甲硫氢、甲硫醇、甲硫醚、二甲二硫、二硫化碳和硫化氢等无机废气；还有VOC类：苯、甲苯、二甲苯、丙

等离子体概述

一、等离子体概述 物质有几个状态？学过初中物理的会很快回答固态、液态、气态。其实，等离子态是物质存在的又一种聚集态，称为物质的第四态。它是由大量的自由电子和离子组成，整体上呈现电中性的电离气体。 在一定条件下，物质的各态之间是可以相互转化的，当有足够的能量施予固体，使得粒子的平均动能超过粒子在晶格中的结合能，晶体被破坏，固体变成液体。若向液体施加足够的能量，使粒子的结合键破坏，液体就变成了气体。若对气体分子施加足够的能量，使电子脱离分子或原子的束缚成为自由电子，失去电子的原子成为带正电的离子时，中性气体就变成了等离子体。物质的状态对应了物质中粒子的有序程度，等离子内物质中的粒子有序程度是最差的。相应的，等离子体内的粒子具有较高的能量、较高的温度。实际上，宇宙中99.9%的物质处于等离子态，它是宇宙中物质存在的普遍形式，不过地球上，等离子体多是人造的。 人工如何造出等离子体呢？从上面的论述可以看出，等离子体的能量是很高的，任何物质加热到足够高的温度，都会成为电离态，形成等离子体。在太阳和恒星的内部，都存在着大量的高温产生的等离子体。太阳和恒星的热辐射和紫外辐射能使星际空间的稀薄气体产生电离，形成等离子体，如地球上空的电离层就是这样来的。各种直流、交流、脉冲放电等均可用来产生等离子体。利用激光也可以产生等离子体。 等离子体如何描述？温度。等离子体有两种状态：平衡状态和非平衡状态。等离子体中的带电粒子之间存在库伦力的作用，但是此作用力远小于粒子运动的热运动能。当讨论处于热平衡状态的等离子体时，常将等离子体当做理想气体处理，而忽略粒子间的相互作用。在热平衡状态下，粒子能量服从麦克斯韦分布。每个粒子的平均动能32 E kT =。对于处于非平衡状态下的等离子体，一般认为不同粒子成分各自处于热平衡态，分别用e T 、i T 、n T 表示电子气、离子气和中性气体的温度，并表示各自的平均动能。可以用动力学温度E T （eV ）表示等离子体的温度，E T 的单位是能量单位，由粒子的动能公式可得 2133222 E E mv kT T = ==，E T 就是粒子的等效能量kT 值（1eV 的能量温度，相应的开氏绝对温度为1T k ==11600K ）。 温度是描述等离子体能量的，还有其它的一些概念来表述。（1）高温等离子体，低温等离子体，冷等离子体。高温等离子体也是完全电离体，温度6810~10K ，核反应、恒星的等离子体是这类。低温等离子体是部分电离体，463410~10,310~310e i T K T K ==??，电弧等离子体、燃烧等离子体是这种。冷等离子体是410,e i T K T >约等于室温的等离子体。 （2）电离度。强电离等离子体指电离度η>10-4的等离子体，弱电离等离子体η<10-4。η是电离度，0=n n n η+，n 是两种异电荷粒子中任何一种密度，0n 为中性粒子密度。粒子密度是表示单位体积中所含粒子的数目。（3）稠密等离子体和稀薄等离子体。具体区分度不详。

ECR等离子体08

电子回旋共振等离子体 (Electron CyclotronResonance,ECR) ●ECR等离子体源发展历史： （1）微波电源的发展 1921：磁控管 1939：速调管 （2）二战中微波技术的迅速发展 雷达 （3）微波灶的普及 1960-1970 微波电源价格大幅度下降 （4）1970年代前期：高温核聚变等离子体微波加热 后期：日本，捷克低温等离子体应用（5）1980 集成电路芯片刻蚀加工： 低气压高密度等离子体源竞争 ECR,ICP.Helicon. Hitachi, Astex. ●ECR等离子体源结构:

微波电子回旋共振加热原理 （a ）微波ECR 等离子体内的有效电场 B 0 ≠0 ()()??? ?????+-+++=2222222112~c c c c c eff v v v E E ωωωω [对比] B 0=0 2 2222 ~c c eff v v E E +=ω 特性 电子回旋频率附近，击穿电场显著降低。 实验结果：

回旋运动角频率ωce= eB0/m e =ωwave (b)ECRplasma 中微波传输及吸收的主要特性 ---微波ECR 等离子体为各向异性介质,沿磁场方向传播的TE 波将分为右旋偏振波和左旋偏振波,色散关系为：

n2R=1-(ω2pe/ (ω - ωce)ω) n2L=1-(ω2pe/ (ω + ωce)ω) 右旋波的共振和截止条件为: ωce/ω =1 (共振条件: n R =∞) ω2pe/ω2=1-ωce/ ω(截止条件: n R =0) ----微波不同馈入模式的结果 低场馈入：图中路径a-----> 右旋波在低密度区截止（对应 的临界密度n crit= n c (1 - ωce/ω) ----->低密度 高场输入：图中路径b,没有高密度截止------>高密度运行条件

等离子体点火安全注意事项标准范本

管理制度编号：LX-FS-A54025 等离子体点火安全注意事项标准范 本 In The Daily Work Environment, The Operation Standards Are Restricted, And Relevant Personnel Are Required To Abide By The Corresponding Procedures And Codes Of Conduct, So That The Overall Behavior Can Reach The Specified Standards 编写：_________________________ 审批：_________________________ 时间：________年_____月_____日 A4打印/ 新修订/ 完整/ 内容可编辑

等离子体点火安全注意事项标准范 本 使用说明：本管理制度资料适用于日常工作环境中对既定操作标准、规范进行约束，并要求相关人员共同遵守对应的办事规程与行动准则，使整体行为或活动达到或超越规定的标准。资料内容可按真实状况进行条款调整，套用时请仔细阅读。 1.总则 1.1 为了保证等离子体点火工程设备现场安全、高效地施工、调试、运行和维护，避免人身伤害及设备损坏，编制该安全注意事项； 1.2 该注意事项适合于等离子体点火工程的组织人员、安装人员、现场调试人员和电厂的运行及维护人员； 1.3 烟台龙源电力技术股份有限公司（以下简称烟台龙源公司）对于等离子体点火工程必须指定现场负责人，负责与甲方、调试单位等有关方面联系及协

调工作，建议甲方指定专人负责相关工作的协调； 1.4 现场工作必须遵守有关的安全规程及两票三制等保证安全的制度和要求； 1.5 烟台龙源公司必须提出等离子体点火工程调试大纲，呈请甲方审查并纳入整个机组的调试大纲； 1.6 在锅炉启动过程中，必须在确保安全的条件下实现等离子体点火，特别是防止发生炉膛爆破、二次燃烧等设备损坏和人员伤害事故。 2.人身安全 2.1 维护等离子体发生器（更换阴极、阳极等）时应首先停止等离子体发生器，切断整流柜控制电源，并切换至就地控制位置，拔出交流侧保险，并挂"有人工作，禁止操作"警示牌，确认等离子体发生器无电后方可开始工作； 2.2 在就地观察炉膛燃烧情况时身体应站在观火

等离子体物理基础期末考试含答案

版权所有，违者必究！！ 中文版低温等离子体作业 一. 氩等离子体密度103 210n cm -=?, 电子温度 1.0e T eV =, 离子温度0.026i T eV =, 存 在恒定均匀磁场B = 800 Gauss, 求 （1） 德拜半径； （2） 电子等离子体频率和离子等离子体频率； （3） 电子回旋频率和离子回旋频率； （4） 电子回旋半径和离子回旋半径。 解：1、1/2302 ( )8.310()e i D e i T T mm T T ne ελ-==?+， 2、氩原子量为40， 221/21/2 00()8.0,()29pe pi e i ne ne GHz MHz m m ωωεε====， 3、14,0.19e i e i eB eB GHz MHz m m Ω= =Ω== 4、设粒子运动与磁场垂直 2 4.210, 1.3e e i i ce ci m v m v r mm r mm qB qB -===?=== 二、一个长度为2L 的柱对称磁镜约束装置，沿轴线磁场分布为22 0()(1/)B z B z L =+，并满 足空间缓变条件。 求：（1）带电粒子能被约束住需满足的条件。 （2）估计逃逸粒子占全部粒子的比例。 解：1、由B(z)分布，可以求出02m B B =，由磁矩守恒得 22001122m m mv mv B B ⊥⊥ = ，即0m v ⊥⊥= （1） 当粒子能被约束时，由粒子能量守恒有0m v v ⊥≥，因此带电粒子能被约束住的条件是在磁镜 中央，粒子速度满足002 v v ⊥≥ 2 、逃逸粒子百分比20 1 sin 129.3%2P d d π θ ?θθπ = ==?? （2）

等离子体刻蚀..

等离子体刻蚀 ●集成电路的发展 1958年：第一个锗集成电路 1961年：集成8个元件 目前：集成20亿个元件 对比： 第一台计算机（EN IAC，1946），18000 只电子管, 重达30 吨, 占 地180 平方米, 耗电150 千瓦。奔II芯片：7.5百万个晶体管 ●集成电路发展的基本规律 穆尔法则：硅集成电路单位面积上的晶体管数，每18个月翻一番，特征尺寸下降一半。 集成度随时间的增长： 特征长度随时间的下降：

集成电路制造与等离子体刻蚀 集成电路本质：微小晶体管，MOS场效应管的集成 微小晶体管，MOS场的制作：硅片上微结构制作----槽、孔早期工艺：化学液体腐蚀----湿法工艺 5微米以上 缺点: (a)腐蚀性残液----->降低器件稳定性、寿命 (b)各向同性 (c)耗水量大（why） (d)环境污染

随着特征尺寸的下降，湿法工艺不能满足要求，寻求新的工艺----> 等离子体干法刻蚀，在1969引入半导体加工，在70年代开始广泛应用。

等离子体刻蚀过程、原理： 4

刻蚀三个阶段 (1) 刻蚀物质的吸附、反应 (2) 挥发性产物的形成; (3) 产物的脱附, 氯等离子体刻蚀硅反应过程 Cl2→Cl+Cl Si（表面）+2Cl→SiCl2 SiCl2+ 2Cl→SiC l4（why） CF4等离子体刻蚀SiO2反应过程 离子轰击作用 三种主要作用 （1）化学增强物理溅射(Chemical en2hanced physical sputtering) 例如,含氟的等离子体在硅表面形成的SiF x 基与元素 Si 相比,其键合能比较低,因而在离子轰击时具有较高 的溅射几率, （2）晶格损伤诱导化学反应(damage - induced chemical reaction) 离子轰击产生的晶格损伤使基片表面与气体物质的反 应速率增大 （3）化学溅射(chemical sputtering) 活性离子轰击引起一种化学反应,使其先形成弱束缚的 分子,然后从表面脱附。 其他作用 ?加速反应物的脱附 ---> 提高刻蚀反应速度 ?控制附加沉积物---> 提高刻蚀的各向异性

等离子体第一部分

等离子体化工导论讲义 前言 等离子体化工是利用气体放电的方式产生等离子体作为化学性生产手段的一门科学。因其在原理与应用方面都与传统的化学方法有着完全不同的规律而引起广泛的兴趣，自20世纪70年代以来该学科迅速发展，已经成为人们十分关注的新兴科学领域之一。 特别是，近年来低温等离子体技术以迅猛的势头在化工合成、材料制备、环境保护、集成电路制造等许多领域得到研究和应用，使其成为具有全球影响的重要科学与工程。例如：先进的等离子体刻蚀设备已成为21世纪目标为0.1μm线宽的集成电路芯片唯一的选择，利用等离子体增强化学气相沉积方法制备无缺陷、附着力大的高品位薄膜将会使微电子学系统设计发生一场技术革命，低温等离子体对废水和废气的处理正在向实际应用阶段过渡，农作物、微生物利用等离子体正在不断培育出新的品种，利用等离子体技术对大分子链实现嫁接和裁剪、利用等离子体实现煤的洁净和生产多种化工原料的煤化工新技术正在发展。可以说，在不久的将来，低温等离子体技术将在国民经济各个领域产生不可估量的作用。 但是，与应用研究的发展相比，被称为年轻科学的等离子体化学的基础理论研究缓慢而且较薄弱，其理论和方法都未达到成熟的地步。例如，其中的化学反应是经过何种历程进行，活性基团如何产生等等。因此，本课程力求介绍这些方面的一些基础理论、研究方法、最新研究成果以及应用工艺。 课程内容安排： 1、等离子体的基本概念 2、统计物理初步 3、等离子体中的能量传递和等离子体的性质 4、气体放电原理及其产生方法 5、冷等离子体中的化学过程及研究方法 6、热等离子体中的化学过程及研究方法

7、当前等离子体的研究热点 8、等离子体的几种工业应用 学习方法： 1、加强大学物理和物理化学的知识 2、仔细作好课堂笔记，完成规定作业 3、大量阅读参考书和科技文献 第一章等离子体的概念

等离子体点火安全注意事项

等离子体点火安全注意事项 1.总则 1.1为了保证等离子体点火工程设备现场安全、高效地施工、调试、运行和维护，避免人身伤害及设备损坏，编制该安全注意事项； 1.2该注意事项适合于等离子体点火工程的组织人员、安装人员、现场调试人员和电厂的运行及维护人员； 1.3烟台龙源电力技术股份有限公司（以下简称烟台龙源公司）对于等离子体点火工程必须指定现场负责人，负责与甲方、调试单位等有关方面联系及协调工作，建议甲方指定专人负责相关工作的协调； 1.4现场工作必须遵守有关的安全规程及两票三制等保证安全的制度和要求； 1.5烟台龙源公司必须提出等离子体点火工程调试大纲，呈请甲方审查并纳入整个机组的调试大纲； 1.6在锅炉启动过程中，必须在确保安全的条件下实现等离子体点火，特别是防止发生炉膛爆破、二次燃烧等设备损坏和人员伤害事故。 2.人身安全 2.1维护等离子体发生器（更换阴极、阳极等）时应首先停止等离子体发生器，切断整流柜控制电源，并切换至就地控制位置，拔出交流侧保险，并挂有人工作，禁止操作警示牌，确认等离子体发生器无电后方可开始工作； 2.2在就地观察炉膛燃烧情况时身体应站在观火孔侧面，防止炉膛负压波动时火焰喷出伤人；炉膛燃烧不稳时严禁在观火孔、人孔等部位停留； 2.3等离子体发生器运行的时候，严禁取下发生器罩壳，防止触电。 3.设备安全 3.1冷炉点火，点火初期尽可能提高等离子体点火初期的燃烧效率； 3.1.1输煤、制粉、除灰、除尘、吹灰系统设备完好，满足锅炉燃煤运行的要求； 3.1.2等离子体点火用煤应满足设计煤种。调试过程中，当发现实际使用煤种与等离子体点火系统设计煤种不符时，应及时更换合格煤种，以保证锅炉启动的安全； 3.1.3等离子体点火系统投入前必须进行一次风管风速的调平，其误差应符合制粉系统技术协议的要求（各一次风管风速差≤5％）； 3.1.4调节磨煤机出口分离器挡板开度或旋转分离器转速，适当控制煤粉细度，入炉煤收到基挥发分Var≤20％，Aar≥35％的煤种，煤粉细度宜R90≤15％；入炉煤收到基挥发分Var≤20％，Aar≥40％的煤种，煤