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化學(xué)活化是指通過化學(xué)反應(yīng)的方法處理襯底表面，使其具備化學(xué)活性以更好地與下一步處理方式相結(jié)合。隨著科技的飛速發(fā)展，襯底表面活化處理方法也變得更加多樣化。目前已經(jīng)出現(xiàn)了很多針對襯底表面活化的處理方法，如化學(xué)溶液處理、等離子體表面處理、紫外-臭氧處理、準(zhǔn)分子激光處理、電暈放電處理和表面接枝等。下面將詳細(xì)介紹等離子體表面處理方法。

等離子體表面處理

“等離子體”的物理定義是指低氣壓放電產(chǎn)生的電離氣體，正負(fù)電荷密度基本相等，可以存在于非常廣泛的溫度和壓力范圍內(nèi)。等離子體是由高激發(fā)態(tài)的原子、分子、離子和自由基組成的，它們是由氣體（例如CO₂、O₂、N₂、NH₃和H₂）在微波、射頻（RF）波或高能電子激發(fā)下獲得的，可以分成高溫等離子體和低溫等離子體。其中，低溫等離子體對襯底表面處理應(yīng)用十分普遍，常用作活化改性等表面處理。

低溫等離子體產(chǎn)生的自由基對襯底表面有四個(gè)主要影響：清除表面的有機(jī)污染物、通過燒蝕去除材料以增加表面積或去除弱邊界層、交聯(lián)或分支以增強(qiáng)表面的粘結(jié)性和表面活化以改善粘結(jié)界面的化學(xué)和物理相互作用。這四種效應(yīng)同時(shí)發(fā)生，并且取決于處理?xiàng)l件和反應(yīng)器的設(shè)計(jì)，這些效應(yīng)中的一種或多種可能占據(jù)主導(dǎo)地位。等離子體處理襯底表面可以改變襯底表面化學(xué)性質(zhì)，引入活性官能團(tuán)，如羧基、氨基、甲基和羥基。

等離子體在空間上是中性的，即在給定的體積內(nèi)正電荷和負(fù)電荷的數(shù)目相等。然而，離電極或材料表面最近的離子能夠被鞘層電壓加速到電子伏能量的10%。在等離子體處理過程中，這些加速離子會導(dǎo)致材料表面的化學(xué)鍵斷裂，并在其表面產(chǎn)生許多自由基。輝光放電通過電子轟擊和光化學(xué)過程使分子離解，在產(chǎn)生高密度的氣相自由基方面非常有效。并且自由基也可以存在于電子激發(fā)態(tài)，這種激發(fā)態(tài)攜帶的能量要比基態(tài)自由基多得多。氧自由基的最低激發(fā)態(tài)是基態(tài)以上220Kcal/mole，這足以破壞任何有機(jī)鍵。

當(dāng)這些氣相自由基（或離子）撞擊材料表面時(shí)，它們有足夠的能量來破壞該表面的鍵，這導(dǎo)致其表面污染物的分解。這些污染物可以在等離子體中進(jìn)一步反應(yīng)，形成可揮發(fā)性物質(zhì)，被真空系統(tǒng)除去。例如利用等離子體作用于金屬、玻璃和陶瓷表面，能夠使其表面得到清潔，因?yàn)榈入x子體通常是含氧的，能將有機(jī)污染物轉(zhuǎn)化成CO、CO₂和H₂O；對于光學(xué)元器件，尤其是腔內(nèi)激光元器件，有時(shí)會利用等離子體清洗，以消除降低其性能的污染物。另外，這種處理方法會導(dǎo)致有機(jī)物表面逐漸消融，并在有機(jī)物表面形成殘留的自由基。它們既可以與自身反應(yīng)產(chǎn)生表面的交聯(lián)，也可以與等離子體氣體甚至基態(tài)分子反應(yīng)，在表面形成新的化學(xué)形態(tài)。

利用等離子體表面處理襯底表面可以改變襯底表面化學(xué)性質(zhì)，引入活性官能團(tuán)，如羧基、氨基、甲基和羥基。等離子體活化襯底表面的效率可通過工藝參數(shù)（壓力、時(shí)間等）的調(diào)整和等離子體氣體（N2、CO2等）的選擇進(jìn)行控制。等離子體活化處理作為干法活化方法，不引入化學(xué)物質(zhì)且對襯底表面?zhèn)^小。