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等離子體清洗是微米級甚至納米級處理，可在不改變材料原有性能的情況下對材料的表面進(jìn)行改性。等離子體處理過程是綠色節(jié)能且清潔環(huán)保的，因?yàn)榈入x子體清洗不需要任何有機(jī)溶劑和水，只需要少量的清洗所需要的工藝氣體，因此不會存在環(huán)境污染的問題。等離子體清洗可以在短時間內(nèi)與污染物反應(yīng)且較高的選擇性能滿足絕大多數(shù)材料的表面處理要求，同時不會損壞其它的零件。目前工業(yè)中主要使用的等離子體清洗技術(shù)主要分為兩類：真空低壓等離子體清洗技術(shù)與大氣常壓等離子體弧放電清洗技術(shù)。

真空低壓等離子體清洗技術(shù)的等離子體產(chǎn)生原理與大氣常壓等離子體放電清洗的等離子體產(chǎn)生原理是截然不同的。根據(jù)等離子體產(chǎn)生的原理，真空低壓等離子體清洗技術(shù)主要可以分為三類，分別是容性耦合（CCP），感性耦合（ICP）以及螺旋波等離子體（HWP）等，其中CCP與ICP的放電結(jié)構(gòu)分別如下圖所示。

圖1.1  (a)容性耦合等離子體源，(b)感性耦合等離子體源

容性耦合等離子體源如圖1.1(a)所示，放電裝置相當(dāng)于一個平板電容器，通電后，兩極板之間會產(chǎn)生電場，等離子體也就在兩極板之間產(chǎn)生。其中一個電極與射頻電源的匹配網(wǎng)絡(luò)相連，另一個極板接地。構(gòu)成電容的兩個極板主要作用是存儲電荷，當(dāng)處于射頻交流電的正半周時，相當(dāng)于電源再給電容充電，當(dāng)處于負(fù)半周時，此時的電容本身相當(dāng)于一個電源起到放電作用，如此循環(huán)連續(xù)不斷的充電和放電過程，相當(dāng)于電容中一直有電流流過。在電極尺寸規(guī)格相同的CCP中，等離子體中的電子從接地電極直接流到輸出電極，流到側(cè)壁的電流非常小，因此，等離子體鞘層厚度和鞘層電壓降是對稱的，且流經(jīng)鞘層的電流密度是相同的，不會在任何的電極上形成偏壓。對于電極尺寸規(guī)格不同的CCP放電，通常情況下作為輸出電極的極板面積要比作為接地電極的極板面積小，為維持總電流守恒，流經(jīng)輸出電極的電流密度更大，這樣在輸出電極表面的電荷密度就會高于接地電極，并且形成負(fù)的直流偏壓，即輸出電極的平均鞘層的電壓降比接地電極的鞘層電壓降大。這種直流自偏壓有助于增強(qiáng)離子的能量，從而調(diào)節(jié)清洗工藝。

感性耦合等離子體源如圖1.1(b)所示，ICP主體是一根連接射頻匹配網(wǎng)絡(luò)的圓柱形天線，通常使用石英管等介質(zhì)來將射頻天線與等離子體隔離。圓柱形天線其結(jié)構(gòu)小，使用起來相對靈活，對腔室形狀沒有特殊要求，只需在真空窗口加一根石英管就可以實(shí)現(xiàn)ICP的放電。ICP放電模式分為E模式與H模式，通常在功率逐漸升高的過程中會分別經(jīng)歷E模式與H模式，隨著模式的轉(zhuǎn)變，等離子體密度也逐漸升高，ICP放電解決了CCP放電下離子通量與離子能量不能獨(dú)立變化的問題，ICP在材料表面處理工藝中應(yīng)用更加廣泛。螺旋波放電等離子體源的天線是螺旋式天線，與ICP天線類似，結(jié)構(gòu)小，使用起來相對靈活，但是需要外加磁場來誘導(dǎo)放電模式轉(zhuǎn)變?yōu)槁菪Ｊ?。螺旋波放電隨著功率的提升會依次經(jīng)歷E模式、H模式與W模式（螺旋波模式），在W模式下等離子體密度相對于H模式會有數(shù)量級的提升，因此螺旋波等離子體清洗方式相比于ICP清洗更高效。此外，螺旋波等離子體中電子的運(yùn)動速度要比離子快得多，這有利于電子提前到達(dá)材料表面，使其顯負(fù)電性，為接下來的活化反應(yīng)提供良好的環(huán)境。