等离子体产生及其影响因素分析

等离子体是在特定条件下使气（汽）体部分电离而产生的非凝聚体系。人造等离子体的产生包括：电能（放电）、核能（裂变、聚变）、热能（火焰，即剧烈的氧化还原反应）、机械能（振动波）、辐射能（电磁辐射、高能粒子辐射）等。实验室中获得等离子体的方法有热电离法、激波法、光电离法、射线辐照法以及直流、低频、射频、微波气体放电法等。

以氧气作为实例，等离子体物质的产生如下所示：

离子和电子的形成

原子和自由基的形成

热和光的形成

此处，和O∗分别为O2和O的激发态；h为Planck常数；ν为电磁射线的频率。

在等离子体中，每个形成步骤都存在形成和损失之间的平衡，而这个平衡过程决定了每一个过程所产生物种的稳定浓度。对于等离子体中的带电物质，这些形成和损失过程可以分为以下几类：(www.xing528.com)

1．电离和分离

电离反应是离子和电子的主要来源，反应简式为：

其中：M是分子（AB）或原子。如果分子在该过程中解离以产生中性片段B，则称其为解离电离。当物质M是负离子时，该过程称为分离，因为当首先形成负离子时，带负电的电子被附着。分离过程不仅是电离，而且类似会产生自由电子。不太常见的是，另一个称为Penning电离的过程可以做出重要贡献。在Penning电离中，通过电子碰撞形成激发的亚稳态，且该亚稳态的激发能足以通过电离第二种物质，或（其中M＝AB）。已经发现Penning电离在C稀少的气体混合物（例如氖）中是明显存在，其中亚稳态激发能量恰好高于M的电离能。

2．重组，分离和扩散

一系列损失过程平衡了前面概述的形成步骤。这些机制中一些最重要的损失变化包括电子—离子重组，；伴随；离子和电子扩散到反应容器的壁上。这些反应以各种方式发生，取决于所涉及的物种。在氧等离子体的情况下，离解重组将是最快速的离子－电子重组过程，；在纯氩放电中，则仅有简单的电子—离子重组是可能的，。

在明显的放热反应中，通常有利于形成具有相当质量的两个或更多个产物碎片的反应通道，因为该类反应更容易保存能量和动量。在等离子体中，通过电离、碎裂和激发产生反应性物质（正离子和负离子、原子、中性，亚稳态和自由基）。这些物质导致等离子体与基板表面之间的化学和物理相互作用，而这些都取决于等离子体产生的条件，如气体种类、功率、压力、频率和暴露时间。然而，相互作用和改性的深度与气体类型无关，并且仅限于材料表面5mm之内。