第一章-等离子体概述2014.ppt

维基百科 等离子体（Plasma）是一种由自由电子和带电离子为主要成分的物质形态，广泛存在于宇宙中，常被视为是物质的第四态，被称为等离子态，或者“超气态”，也称“电浆体”。等离子体具有很高的电导率，与电磁场存在极强的耦合作用。等离子体是由克鲁克斯在1879年发现的，1928年美国科学家欧文·朗缪尔和汤克斯（Tonks）首次将Plasma一词引入物理学，用来描述气体放电管里的物质形态[1]，Plasma是源自希腊文，意为可形塑的物体，此字有随着容器形状改变自身形状之意，如灯管中的等离子体会随着灯管的形状改变自身的形状。 严格来说，等离子体是具有高位能动能的气体团，等离子体的总带电量仍是中性，借由电场或磁场的高动能将外层的电子击出，结果电子已不再被束缚于原子核，而成为高位能高动能的自由电子。 PECVD作用：在硅片表面镀上一层深蓝色的氮化硅膜，可以充分吸收太阳光，降低反射，并且氮化硅膜有钝化的作用，保护电池片不受污染。PECVD原理：利用硅烷（SiH4）与氨气（NH3）在等离子体中反应，生成Si3N4沉积到硅片表面。干法刻蚀化学方程式： PECVD效果： 等离子体表面工艺?　　　①等离子体表面处理：为了提高刀具、模具等的性能，可以用等离子体对金属表面进行氮、碳、硼或碳氮的渗透。这种方法的特点是,不是在表面加一覆盖层,而是改变基体表面的材料结构及其性能。处理过程中，工件温度比较低，不使工件变形，这对精密的部件很重要。这一方法可以应用于各种金属基体，主要有辉光放电渗氮，氮碳共渗，渗硼。  ②等离子体在电子工业中的应用：大规模集成电路片心的生产工艺，过去采用化学方式，现在采用等离子体方法代替之后，不仅降低了工艺过程中的温度，还因将涂胶、显影、刻蚀、除胶等化学湿法改为等离子体干法，使工艺更简单，便于实现自动化，提高成品率。等离子体方法加工的片心分辨率及保真度都高，对提高集成度及可靠性均有利。  等离子体成膜：PECVD PECVD ( Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition ) -- 等离子体增强化学气相沉积法 实验机理：是借助微波或射频等使含有薄膜组成原子的气体，在局部形成等离子体，而等离子体化学活性很强，很容易发生反应，在基片上沉积出所期望的薄膜。 低温等离子体应用 纳米尺度上针尖状表面 特征类金刚石表面制造 实验室与日本原子力所先进科学研究中心合作，开展了非平衡薄膜表面制造的研究，成功第地制备了纳米尺度的针状表面、波纹表面，树枝状表面、正弦表面等表面结构，其中波纹表面，是应用薄膜生长过程的自组织过程中直接形成的。（J. Chem.Phys. 116, 10458，2002） 纳米尺度上波纹状表面 树枝状表面 大面积正弦表面 毫米级厚金刚石片制备研究 应用PCVD方法开展金刚石模制备研究开展了多年，对制备过程中物理化学及工艺过程进行了系统研究。可以稳定地制备高质量毫米量级厚度的金刚石片，并用金刚石膜加工成金刚石电子热沉片，热导率高达7.6W/(k·cm)，可用于大功率电子器件。（ Physics of Plasma, 5, 1541, 1998、 J. Phys. D, 31, 3327, 1998、J. Vac. Sci. Tech. A，20, 941, 2002） 纯金刚石片 （直径30mm） 半透纯金刚石热沉片10x10 mm2 带Si衬底的金刚石厚膜 金刚石质量表征 等离子体军事及高技术应用 军事应用 等离子体天线、等离子体隐身、等离子体减阻、等离子体鞘套、等离子体诱饵 高技术 大功率微波器件、X射线激光、强流束技术、等离子体推进 低温等离子体应用 低温等离子体应用 什么保护了我们地球：等离子体 空间天体等离子体 北极光 空间天体等离子体 我们的太 阳 空间天体等离子体 星系：巨大的聚变反应堆 空间天体等离子体 聚变与裂变能 聚变等离子体 D 3He 4He T U Li 聚变 裂变 聚变能 裂变能 原子质量 平均结合能 核聚变反应 聚变等离子体 D + T = n + 4He D + T = p + 3He 受控热核聚变 聚变等离子体 10克氘＋15克氚 ＝> 人一生所需能源 500升海水含10克氘 无环境污染及长寿命放 射性废料 聚变需要亿度高温 聚变等离子体 劳逊判据（Q＝1） T>10keV （1亿度） nt > 3x1020m-3s 实现聚变的三种途径 聚变等离子体 托卡马克装置( JET ) 聚变等离子体 How Fusion Energy is Produced 磁约束聚变研究进展 聚变等离子体 美国Nova激光聚变装置 1985年建成，10路 45000焦耳，1纳秒 2