微波与等离子体合成共38页文档
电磁场与微波技术教学资料-微波等离子体ppt课件.pptx

• 等离子体可以采用磁约束的方法,约束在设定的空间内,微波结 构和磁路可以兼容。
• 安全可靠。高压源和等离子体发生器相互隔离,这是直流等离子 体所不能实现的,微波泄露容易控制,易达到辐射安全标准。这 是高频感应等离子体难以达到的。
• 微波发生器是稳定的,容易控制,采用三端口环形器保护装置以 后,可以使反射功率顺利地进入负载,振荡管不受负载变化的影 响,输出功率仅决定于工作点的选择。
MPCVD制备金刚石薄膜的优越性
采用 CVD 法制备金刚石膜的工艺, 目前已经开发出很多种, 其中主要 有: 热丝法(HFCVD)、微波法(MPCVD)、直流等离子体炬法(DC Plasmajet CVD)和氧-乙炔燃烧火焰法(Oxy-acetylene CombustionFlame)。
微波法是用电磁波能量来激发反应气体。 由于是无极放电, 等离子体 纯净, 同时微波的放电区集中而不扩展, 能激活产生各种原子基团如原子氢 等, 产生的离子的最大动能低, 不会腐蚀已生成的金刚石。 它与热丝法相 比, 避免了热丝法中因热金属丝蒸发而对金刚石膜的污染以及热金属丝对 强腐蚀性气体如高浓度氧、 卤素气体等十分敏感的缺点, 使得在工艺中能 够使用的反应气体的种类比 HFCVD 中多许多;与直流等离子体炬相比, 微 波功率调节连续平缓, 使得沉积温度可连续稳定变化, 克服了直流电弧法中 因电弧的点火及熄灭而对衬底和金刚石膜的巨大热冲击所造成的在DC plasma-jet CVD 中金刚石膜很容易从基片上脱落 ; 通过对MPCVD 沉积 反应室结构的结构调整, 可以在沉积腔中产生大面积而又稳定的等离子体 球, 有利于大面积、 均匀地沉积金刚石膜, 这一点又是火焰法所难以达到 的。因而微波等离子体法制备金刚石膜的优越性在所有制备法中显得十分 突出。
微波等离子体的无机合成

低温等离子体是靠直流辉光放电,无线电波(频率为13.56 ) 放电,微波(频率为2.45 )放电,电晕放电和无声放电而获 得的。低温等离子体中的电子与气体之间不存在热平衡,因 此,电子可以拥有使分子化学键断裂的足够的能量,而气体 温度又可保持与环境温度相近,这对于化合物的合成是非常 有利的。
微波等离子体的特点
微波等离子体烧结材料
微波等离子体的烧结速率较传统方法快得多
例如,如1500℃下,对同样的氧化铝用微波等离子体和传统 方法烧结20min,传统方法烧结后氧化铝的相对密度为70%左 右,而微波等离子体烧结后的相对密度接近90%。
改善高分子材料的亲水性
聚乙烯、聚丙烯、聚四氯乙烯等高分子材料的亲水性及附 着性很差。为了改善它的亲水性,将它们置于氧或氧和氮的混 合气体中,输入微波能 , 产生微波放电而形成等离子体 , 此时可 见淡红色光。等离子体中的氧分子被电子离解为氧原子。这 些活泼的氧原子和高分子材料的表面进行反应,从而表面改性, 增加亲水性。
Thakur等用微波法合成了Ba0.95Sr0.05TiO3陶瓷材料,与传统 方法相比,产品具有密度高、微结构和导电性好、粒度细、 线性热膨胀高等特点。 Vaidhyanathan等合成了单相Pb(Zr,Ti)O3 ,指出采用微波 法可使反应温度大大降低,同时能减少PbO 的损失。
等离子体化学
微波等离子体的应用
由于高温等离子体温度高,所以在无机合成中不能用来合成 熔点低,易挥发,易分解的化合物,而主要用于冶金,合成 熔点高,稳定性强的化合物(氮化物,碳化物,硼化物,氧 化物等),制备金属超微粒子,喷除防热的防腐层。 在低温等离子体中,电子拥有足够的使分子化学键断裂的能 量,而气体温度又可保持与环境温度相近,这对于化合物的 合成是非常有利的。所以近几年来,低温等离子体在金属材 料的表面处理,无机薄膜材料的制备,无机物的合成等方面 发展十分迅速。
微波与等离子体合成

利用微波能量激发气体分子,形成等离子体,通过调节微波功率和气体压力等参数,实现高效、环保的合成。
激光诱导等离子体合成
利用激光能量将固体材料表面加热至高温,形成等离子体,通过控制激光参数和扫描速度等条件,实现材料表面的改性和合成。
利用等离子体合成技术制备各种功能材料,如陶瓷、复合材料、薄膜材料等。
该技术具有高效、环保、节能等优点,可广泛应用于陶瓷、金属、复合材料等领域。
高功率微波等离子体合成技术的研究重点在于优化微波源、气体流动和反应条件,以提高合成效率和材料性能。
低温微波等离子体合成是指在低温环境下利用微波激发气体,产生等离子体,从而实现材料的合成和改性。
该技术特别适用于对温度敏感的材料,如生物材料、高分子材料等。
03
02
01
微波等离子体的特性
利用微波等离子体的高温、高密度和高活性特性,可实现材料的高效合成。
材料合成
通过微波等离子体处理材料表面,可改善材料的表面性能。
表面处理
利用微波等离子体的强氧化性,可有效去除空气中的有害气体和颗粒物。
环境治理
微波等离子体的应用
03
等离子体合成技术
等离子体合成利用等离子体的热力学和动力学特性,通过加热、电离、活化等过程,将原料转化为所需的物质或材料。
脉冲微波等离子体合成技术的研究重点在于优化脉冲波形、频率和能量,以及反应条件,以提高合成效率和材料性能。
脉冲微波等离子体合成
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微波等离子体合成的挑战与前景
面临的主要挑战
等离子体稳定性问题:在微波等离子体合成过程中,等离子体的稳定性对合成效率和产品质量具有重要影响。然而,由于各种因素(如电源波动、气体流量变化、反应器结构设计等)的影响,等离子体容易发生不稳定,导致合成过程受阻或产品质量下降。
第十二章,微波、等离子、激光技术!

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3、微波等离子体烧结陶瓷
微波等离子体烧 结
微波加热和等离子 体加热共同作用。 不受材料介电性能 的影响。 材料分解、挥发 常温常压下大面 积微波等离子体难 以激励
微波加热烧结
特点: 降低烧结温度;
快速、均匀加热; 加热效率高; 细化晶粒
微波—等离子体分 步烧结
克服了各自的缺点 保留了彼此的优点 原则上适用于各种陶 瓷的烧结 实际上仍存在微波等 离子体的一些问题
独特行为与固态、液态、气态都截然不同,故称之为物质第四态。
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固体 冰
液体 水
气体 水汽
等离子体 电离气体
00C
1000C
100000C 温度
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普通气体
等离子体
放电
放电是使气体转变成等离子体的一种常见形式 等离子体 电离气体
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• 等离子体是高度电离的气体.
原子
普 通 气 体
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微波固相合成的应用实例
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微波烧结陶瓷
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6、微波加热的设备?
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等离子体合成技术
北极光
星系
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宇宙中90%物质处于等离子体态
– 天然等离子体:以闪电、极光的形式。 地球表面向外,等离子体是几乎所有可见物质的存在形式 – 日常生活中:日光灯、电弧、等离子体显示屏、臭氧发生器 – 典型的工业应用:等离子体刻蚀、镀膜、表面改性、喷涂、烧结、 冶炼、加热、有害物处理 – 高技术应用:托卡马克、惯性约束聚变、氢弹、高功率微波器件、
第八章 微波与等离子体下的无机合成

离子导电的影响因素
影响离子传导的参数有离子浓度, 影响离子传导的参数有离子浓度,离子迁移率 和溶液温度, 和溶液温度,每个离子溶液至少有二种离子组 例如, 离子) 分(例如,Na+和Cl-离子),每个离子组分根据 自己的浓度和迁移率传导电流。 自己的浓度和迁移率传导电流。一般来说随离 子浓度的增加,耗散因子增加。水中加入NaCl 子浓度的增加,耗散因子增加。水中加入NaCl 大大提高了耗散因子, 大大提高了耗散因子,因而也提高了离子传导 对微波加热的贡献, 对微波加热的贡献,因为温度影响离子的迁移 率和离子浓度, 率和离子浓度,所以离子溶液的耗散因子也随 温度而变化。 温度而变化。
第八章
微波与等离子体下 的无机合成
气、液、固与被称为第四态的等离子体
8.1 微波的范围
微波在整个电磁波谱中的位置如图10- 所示, 微波在整个电磁波谱中的位置如图10-1所示, 10 通常是指波长为1m 0.lmm范围内的电磁波 1m到 范围内的电磁波, 通常是指波长为1m到0.lmm范围内的电磁波, 其相应的频率范围是300MHz 3000GHz。 300MHz其相应的频率范围是300MHz-3000GHz。1-25cm 波长范围用于雷达,其它的波长范围用于无线 波长范围用于雷达, 电通讯,为了不干扰上述这些用途, 电通讯,为了不干扰上述这些用途,国际无线 电通讯协会(CCIP) (CCIP)规定家用或工业用微波加热 电通讯协会(CCIP)规定家用或工业用微波加热 设备的微波频率是2450MHz(波长12.2cm) 2450MHz(波长12.2cm)和 设备的微波频率是2450MHz(波长12.2cm)和 915MHz(波长32.8cm)。 波长32.8cm) 915MHz(波长32.8cm)。家用微波炉使用的频率 都是2450MHz 915MHz的频率主要用于工业加 2450MHz, 都是2450MHz,915MHz的频率主要用于工业加 热。 微波炉的使用
第八章 微波与等离子体下的无机合成

图8-1 微波
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目前人们在许多化学领域(如无机、有机、 高分子、金属有机、材料化学等)运用微波 技术进行了很多的研究,取得了显著的效果。 微波作为一种能源,正以比人们预料要快得 多的速度步入化工、新材料及其它高科技领 域,如超导材料的合成,沸石分子筛的合成 与离子交换,稀土发光材料的制备,超细粉 制备,分子筛上金属盐的高度分散型催化剂 制备,分析样品的消解与熔解,蛋白质水解, 各种类型的有机合成及聚合物合成,金刚石 薄膜等.
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最新进展
Gang Yang, Guan Wang, and Wenhua Hou. Microwave SolidState Synthesis of LiV3O8 as Cathode Material for Lithium Batteries, J. Phys. Chem. B, 109 (22), 11186 -11196, 2005
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局部过热与反应加速
由Eyring方程: k=(kT/h)· exp(⊿S*/R)· exp(-⊿H*/RT) 可知温度对于反应速率的影响很大,对 于吸热反应体系,温度升高可增加反应速率, 所以局部过热效应产生小的温度增加都有可 能显著增加反应速率。另外,由于微波加热 比传统加热速率⊿T/⊿t等要快得多,在相同 时间内,升温幅度大,从而增加反应速率。
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总极化率
综上所述,总极化率: α=αe+αa+αd+αi。
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极性分子与外加电场的相互作用
由于外电场是交变场,极性分子的极化情况则 与交变场的频率有关。偶极的松弛时间与微波 频率范围下电场交变时间大致相同。如果电场 的交变周期小于偶极的松弛时间,即交变场频 率比微波频率高,则极性分子的转向运动跟不 上电场的变化,即极性分子来不及沿电场定向, 不能产生偶极极化,只能产生原子极化和电子 极化。也就是说原子极化和电子极化对微波介 电加热贡献很小。 在微波介电加热效应中,主要起作用的是偶极 极化和界面极化。
微波等离子体技术方面的书

微波等离子体技术方面的书(最新版)目录一、微波等离子体技术的概述二、微波等离子体技术在微电子学工艺中的应用三、微波等离子体化学气象沉积的工作原理与方法四、微波 ECR 等离子体参数测量及分析五、微波等离子体技术在金刚石膜制备中的应用六、总结与展望正文一、微波等离子体技术的概述微波等离子体技术是一种利用微波能量激发等离子体反应的先进技术,它在真空科学与技术、微电子学工艺、化学气象沉积等领域具有广泛的应用。
这种技术能够实现无极放电,等离子体纯净,同时微波的放电区具有大面积均匀的特点。
二、微波等离子体技术在微电子学工艺中的应用微波等离子体技术在微电子学工艺中主要应用于半导体工艺、大规模集成电路技术等方面。
通过微波等离子体技术,可以实现对半导体材料的精细加工,提高集成电路的性能和可靠性。
此外,微波等离子体技术还可以应用于微波开关管的发展和研究,以满足大功率微波开关管的需求。
三、微波等离子体化学气象沉积的工作原理与方法微波等离子体化学气象沉积技术是用电磁波能量来激发反应气体,从而实现对材料表面的沉积。
主要有热丝法(hot-filament CVD,简称HFCVD)、微波法(microwave plasma CVD,简称 MPCVD)、直流等离子体炬法(DC plasma-jet CVD)和氧 - 乙炔燃烧火焰法(oxy-acetylene combustion flame)等方法。
微波法由于是无极放电,等离子体纯净,同时微波的放电区具有大面积均匀的特点,因此在制备金刚石膜等方面具有优越性。
四、微波 ECR 等离子体参数测量及分析微波 ECR 等离子体是一种高密度等离子体,其参数测量对于等离子体技术的研究和应用具有重要意义。
利用双探针测试微波 ECR 等离子体参数,可以发现获得大面积均匀的等离子体。
这对于保证等离子体反应的均匀性和提高薄膜材料的性能具有重要作用。
五、微波等离子体技术在金刚石膜制备中的应用微波等离子体技术在金刚石膜制备中具有重要应用。
第一章等离子体概述详解演示文稿

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等离子态常被称为“超气态”,它和气体有很多相似之处,比如: 没有确定形状和体积,具有流动性,但等离子也有很多独特的 性质。等离子体中的粒子具有群体效应,只要一个粒子扰动, 这个扰动会传播到每个等离子体中的电离粒子。等离子体本身 亦是良导体。
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等离子体的特性
1.温度高,粒子动能大
2.作为带电粒子的集合体,具有类似金属的导电性能。 有时等离子体可看作导电流体
等离子体:电子(ne )、正离子(离子 ni)、中性 粒子(分子、原子、原子团na),
由准电中性: ne≈ ni
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定义:电离度β= ne/(ne+na) 分母为电离前分子的密度
β =100% 完全电离等离子体 β ≥1% 强电离等离子体 β<1% 弱电离等离子体 3.根据三者温度关系分
②等离子体在电子工业中的应用:大规模集 成电路片心的生产工艺,过去采用化学方式, 现在采用等离子体方法代替之后,不仅降低 了工艺过程中的温度,还因将涂胶、显影、 刻蚀、除胶等化学湿法改为等离子体干法, 使工艺更简单,便于实现自动化,提高成品 率。等离子体方法加工的片心分辨率及保真 度都高,对提高集成度及可靠性均有利。
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低温等离子体应用
等离子体成膜:PECVD
PECVD ( Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition ) -- 等离子体增强化学气相沉积法
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36、“不可能”这个字(法语是一个字 ),只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气,不要看破要突 破,不 要嫉妒 要欣赏 ,不要 托延要 积极, 不要心 动要行 动。 38、勤奋,机会,乐观是成功的三要 素。(注 意:传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素,但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出,乐 观是成 功的第 三要素 。
39、没有不老的誓言,没有不变的承 诺,踏 上旅途 ,义无 反顾。 40、对时间的价值没有没有深切认识 的人, 决不会 坚韧勤 勉。
Байду номын сангаас 1、最灵繁的人也看不见自己的背脊。——非洲 2、最困难的事情就是认识自己。——希腊 3、有勇气承担命运这才是英雄好汉。——黑塞 4、与肝胆人共事,无字句处读书。——周恩来 5、阅读使人充实,会谈使人敏捷,写作使人精确。——培根