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低气压等离子体

/low pressure plasma/
条目作者刘峰

刘峰

最后更新 2024-01-13
浏览 162
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在低于周边大气压强的气体环境中产生的非平衡态等离子体。

英文名称
low pressure plasma
所属学科
电气工程

气压范围一般为几帕斯卡到稍低于周边大气压强。低气压等离子体一般在密闭真空腔室中产生,通过真空设备产生并维持低气压放电环境。

低气压等离子体中气体压强低,各粒子间碰撞概率小,电子和离子复合率低,电离率较高,因此所需放电功率较低,易于维持放电,易产生大面积、均匀等离子体。在低气压条件下,等离子体中电子和带电离子具有较大平均自由程,因此其可在电场中加速获得较高能量。在低气压等离子体中,电子与离子碰撞较少,且电子与离子的质量相差很大,因此两者之间不易通过碰撞交换能量达到热力学平衡态,较易产生电子温度很高、气体温度较低、面积很大、均匀的非平衡态等离子体。一般低气压等离子体中电子温度高于离子及中性粒子温度10~100倍。

低气压等离子体放电原理是基于汤生过程,在放电区域气压小于1000帕斯卡时放电形式主要为辉光放电,一般放电模式为射频放电、微波放电、直流放电、交流放电和脉冲放电等。低气压等离子体参数可由多种方法诊断得出,如探针法(一般可测量200帕斯卡以内低气压等离子体电子密度、电子温度、等离子体电势等参数)、质谱法、发射光谱法、吸收光谱法、激光诱导荧光法等。在低气压下,放电稳定,干扰小,较易得到等离子体参数。

低气压等离子体在镀膜、刻蚀、化学气相沉积、材料表面处理、生物医药、能源化工、准分子紫外光源、等离子体显示等众多工业领域应用,如利用低气压等离子体气相沉积聚合物薄膜、在半导体元件生产中利用低气压反应性气体等离子体刻蚀金属及硅片表面等;易产生大面积均匀等离子体,且等离子体参数更易控制。在众多实际工业应用领域仍具有不可替代的作用。

低气压等离子体局限性:例如真空设备昂贵且需要维护,处理材料的尺寸受到真空室大小的限制,大气压等离子体可以设计开放体系,直接应用于生产线,减少真空设备降低生产成本,受到人们广泛关注。

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