等離子清洗機(jī)的清洗效果受哪些因素影響?

 

一、等離子體核心參數(shù)的影響

 

等離子體的活性強(qiáng)度直接決定清洗能力，核心參數(shù)包括氣體類型、等離子體功率、氣壓。

 

清洗氣體類型

 

氣體種類決定等離子體的反應(yīng)特性（物理清洗為主或化學(xué)清洗為主），需根據(jù)污染物類型和樣品材質(zhì)選擇：

 

物理清洗型氣體：以氬氣（Ar）、氦氣（He）等惰性氣體為代表。這類氣體電離后產(chǎn)生的高能離子，通過(guò)物理轟擊效應(yīng)剝離樣品表面的顆粒污染物（如灰塵、金屬碎屑），適合清洗不溶于反應(yīng)的無(wú)機(jī)污染物，且對(duì)樣品表面損傷小，適合精密器件（如半導(dǎo)體芯片、光學(xué)鏡片）。

 

化學(xué)清洗型氣體：以氧氣（O?）、空氣為代表，部分場(chǎng)景會(huì)用氫氣（H?）、氮?dú)猓∟?）或混合氣體。氧氣等離子體產(chǎn)生的氧自由基氧化性很強(qiáng)，能與有機(jī)物（如油污、光刻膠、殘留聚合物）發(fā)生氧化反應(yīng)，生成CO?、H?O等易揮發(fā)物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)徹底去污，是實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)中很常用的清洗氣體；氫氣等離子體則適合去除金屬表面的氧化層。

 

混合氣體：如O?+Ar混合氣體，兼顧物理轟擊和化學(xué)反應(yīng)，清洗效率更高，適合復(fù)雜污染物（有機(jī)+無(wú)機(jī)混合污染）。

 

等離子體功率

 

功率決定等離子體的電離度和活性粒子能量：

 

功率過(guò)低時(shí)，氣體電離不充分，活性粒子濃度低，清洗速度慢、效果差；

 

功率過(guò)高時(shí)，活性粒子能量過(guò)大，可能對(duì)樣品表面造成過(guò)度刻蝕（如導(dǎo)致高分子材料表面交聯(lián)鍵斷裂、金屬表面粗糙度增加），甚至損傷樣品結(jié)構(gòu)。

 

不同樣品需匹配功率：如聚合物樣品適合低功率（50–100W），金屬/陶瓷樣品可耐受較高功率（200–500W）。

 

腔體工作氣壓

 

氣壓影響等離子體中活性粒子的平均自由程和碰撞頻率，是調(diào)節(jié)清洗均勻性的關(guān)鍵：

 

氣壓過(guò)高（如＞100Pa）：活性粒子平均自由程短，碰撞頻繁，能量損耗大，清洗效率下降，且易導(dǎo)致樣品表面溫度過(guò)高；

 

氣壓過(guò)低（如＜10Pa）：活性粒子濃度低，難以覆蓋樣品表面，清洗均勻性差；

 

多數(shù)場(chǎng)景的氣壓范圍為20–50Pa，此時(shí)活性粒子濃度和能量平衡，清洗效率和均勻性最佳。

 

二、樣品特性的影響

 

樣品的材質(zhì)、表面狀態(tài)、污染物類型直接決定清洗工藝的適配性，是影響清洗效果的內(nèi)因。

 

樣品材質(zhì)

 

金屬/陶瓷材質(zhì)：化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)，可耐受高功率、長(zhǎng)時(shí)間等離子清洗，適合用O?或O?+Ar混合氣體去除表面有機(jī)物和氧化層；

 

高分子材料（如塑料、橡膠）：表面易被等離子體刻蝕或活化，需控制低功率、短時(shí)間清洗，避免表面過(guò)度改性；

 

敏感材料（如光刻膠、生物樣品）：需用惰性氣體（Ar）進(jìn)行溫和的物理清洗，禁止使用氧化性氣體。

 

樣品表面狀態(tài)

 

樣品表面粗糙度越大，污染物越易藏匿在縫隙中，需延長(zhǎng)清洗時(shí)間或提高功率；

 

樣品表面若有致密氧化層或鈍化膜，需選擇針對(duì)性氣體（如H?等離子體去除金屬氧化層），否則難以有效去污。

 

污染物類型與含量

 

有機(jī)污染物（油污、殘留溶劑）：優(yōu)先用O?等離子體化學(xué)清洗，反應(yīng)徹底且無(wú)殘留；

 

顆粒污染物（灰塵、金屬粉末）：優(yōu)先用Ar等離子體物理轟擊，避免化學(xué)清洗產(chǎn)生新的反應(yīng)產(chǎn)物；

 

污染物含量過(guò)高時(shí)，需分階段清洗（先粗洗后精洗），或增加氣體流量，及時(shí)排出反應(yīng)產(chǎn)物。

 

三、工藝條件的影響

 

清洗過(guò)程中的時(shí)間、溫度、樣品擺放方式等工藝參數(shù)，直接影響清洗的均勻性和徹底性。

 

清洗時(shí)間

 

清洗時(shí)間過(guò)短，污染物未完全去除；時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，可能導(dǎo)致樣品表面損傷或過(guò)度活化。

 

需通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定最佳時(shí)間：一般有機(jī)污染物清洗時(shí)間為5–30分鐘，顆粒污染物清洗時(shí)間為10–60分鐘，具體取決于污染物厚度和功率。

 

腔體溫度

 

等離子體放電過(guò)程會(huì)產(chǎn)生熱量，導(dǎo)致腔體溫度升高：

 

溫度過(guò)高會(huì)使高分子樣品變形、生物樣品失活，需通過(guò)降低功率、縮短時(shí)間或開(kāi)啟腔體冷卻功能控制溫度；

 

適當(dāng)升溫（如40–60℃）可加快有機(jī)污染物的氧化反應(yīng)速率，提升清洗效率。

 

樣品擺放與處理方式

 

樣品需均勻平鋪在載物臺(tái)上，避免堆疊或遮擋，確保等離子體活性粒子能覆蓋所有待清洗表面；

 

復(fù)雜結(jié)構(gòu)樣品（如多孔材料、精密器件）需調(diào)整擺放角度，或采用旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)，保證縫隙和盲孔部位的清洗效果；

 

清洗前需對(duì)樣品進(jìn)行預(yù)處理（如超聲清洗去除大顆粒污染物），減少等離子清洗的壓力。