氢气等离子体清洗的反应机理

等离子体化学反应即在放电气体中发生的反应。对常温常压条件下的气体通过高温加速电子加速离子给物质以能量,物质被解离成阴、阳离子的状态。

当气体电离生成电子正离子一般在短时间内发生结合,回到中性分子状态,这个过程产生的电子、离子的一部分能量以电磁波等不同形式消耗,在分子离解时常生成自由基,生成的电子结合中性原子,分子形成负离子。因此,整个等离子体是电子正负离子激发态原子,原子以及自由基的混合状态。

因为各种化学反应都是在高激发态下进行的,与经典的化学反应完全不同。这样使等离子体的原子或分子的本性通常都发生改变,即使是较稳定的惰性气体也会变得具有很强的化学活泼性。在电场中加速运动的电子和离子具有很大的动能,可以更好地除去表面的氧和残留的碳等杂质。

氢气作为活泼气体,其等离子体具有很强的化学反应活性,氢气等离子体形成的过程如下:

H2 H2+e(1.1)

H2 2H(1.2)

H2+e H2+e(1.3)

H2+e H2+hv+e(1.4)

H2+e 2H+e(1.5)

H2+e-H+H++2e(1.6)

式1.1表示氢气分子在得到外界能量后变成氢气阳离子,并放出自由电子的过程。

式1.2表示氢气分子在得到外界能量后分解形成两个氢原子自由基的过程。

式1.3表示氢气分子在具有高能量的激发态自由电子作用下转变成激发态。

式1.4一则表示激发态的氢气分子进一步发生转变,

式1.5中,氢气回到通常状态的同时发出光能紫外线。式1.5中,激发态的氢气分子分解成两个氢原子自由基。

式1.6表示氢气分子在激发态自由电子的作用下,分解成氢原子自由基和氢原子阳离子的过程。当这些反应连续不断发生,就形成里氢气等离子体。当然实际反应要比这些反应式描述得更为复杂。

氢气等离子体清洗过程中起作用的除了氢原子,氢离子和电子外,还有处于激发状态的电中性的氢原子或原子团(又称自由基),以及氢等离子体发射出的光线。

因此易于与材料表面的物质反应形成新的物质,如水、碳氢化合物等。另外,氢原子是选择性的与材料表面的污染物如（C、O）、等反应,并以挥发性的CHx和H2O两种形式消除掉。