典型材料的等离子表面处理设备结构及反应过程是什么样？

在等离子体辅助材料处理过程中，气相和固体表面上发生的化学反应起关键作用。关于这一点，我们可以先通过用来刻蚀二氧化硅薄膜的典型反应器中发生的过程来了解一下，发生过程如下图所示。这里通入的原料气体是四氟化碳和氧气的混合物，等离子体由射频或微波电场激发。电子碰撞电离过程产生了各种离子，如CF3 、CF2 、O2 、O-和F-等；而电子碰撞分解过程产生了CF3、CF2、O和F等自由基。在气相中和在二氧化硅表面上发生的化学反应会产生另外一些分子，如CO、CO2、SiF2和SiF4等。这些粒子的浓度和能量分布影响着反应器的性能指标，如刻蚀速率、各向异性指数和选择性等。

一些普通物理化学过程决定了这些粒子的浓度。这些过程包括电子-离子对的产生；自由基的产生；负离子的产生；气相化学反应；离子向表面的输运；自由基向表面的输运；表面相反应。反应过程用下列式子分别表达：

当这些反应和其他反应发生时，系统一定会从外界吸收能量，而能量的来源就是激励电源。例如，在电离、激发、弹性碰撞和分解，即上面列出的第二个式子的过程中，电子能量会损失掉。所以在建立放电模型时，必须包括所有这些能量损失过程。另外，反应物的能量分布或温度会极大地影响反应速率。

由热平衡条件，可以得到反应能，而且该条件也起着限定反应程度的作用，但在典型的反应器中，大多数反应都会在远离热平衡态下发生。所以，反应速率和稳态时的各种离子浓度分布等反应动力学参数都是由粒子间的碰撞过程决定的。

由典型的反应器发生过程，我们可以看出在气相中发生的均相反应和在表面上发生的非均相反应的双重重要性，其中非均相反应是指上面列出的最后一个反应：表面相反应或气固反应。所以，我们不仅需要了解一种给定粒子的状态参数是如何变化的，而且要考虑到该种粒子可能发生的相变，比如从固相到气相，以及由化学反应引起的化学组分的变化。

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