CN114256058A - 一种亲水性基片制作方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种亲水性基片制作方法及装置，该方法包括：真空腔室内通入反应气体；对所述真空腔室施加第一电压，对样品台施加第二电压，电子源发射电子束轰击所述反应气体产生第一等离子体；所述第一等离子体作用于基片表面；对所述样品台施加第三电压，所述电子源停止发射所述电子束；辉光放电产生的第二等离子体作用于所述基片表面。本发明提供的一种亲水性基片制作方法在产生第一等离子体和第二等离子体过程中启辉容易，第一等离子体和第二等离子体作用于基片后，基片的亲水性效果稳定，次品率低。
Description
技术领域
本发明属于表面处理技术领域，具体地说，涉及一种亲水性基片制作方法及装置。
背景技术
现有技术中，亲水性定义是带有极性基团的分子，对水有大的亲和能力，可以吸引水分子，或溶解于水。这类分子形成的固体材料的表面，易被水所润湿。具有这种特性都是物质的亲水性。
等离子体中含有大量的电子、离子、激发态的原子、分子和自由基等活性粒子，这些活性粒子和高分子材料的基片相互作用使基片表面发生氧化、还原、裂解、交联和聚合等各种物理和化学反应，从而使基片表面性能获得优化，可以增加表面的亲水性。
目前等离子表面处理方法中常用的有电感耦合等离子体、电容耦合等离子体、直流辉光放电三种方式产生等离子体，基片处于辉光放电等离子体中，在等离子体的作用下，使基片表面性能获得优化，增加表面的亲水性。然而上述方法，等离子体启辉困难，效果不稳定，次品率较高。
有鉴于此特提出本发明。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种亲水性基片制作方法及装置，该方法在产生第一等离子体和第二等离子体过程中启辉容易，第一等离子体和第二等离子体作用于基片后，基片的亲水性效果稳定，次品率低。
为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：一种亲水性基片制作方法，包括：
真空腔室内通入反应气体；
对所述真空腔室施加第一电压，对样品台施加第二电压，电子源发射电子束轰击所述反应气体产生第一等离子体；
所述第一等离子体作用于基片表面；
对所述样品台施加第三电压，所述电子源停止发射所述电子束；
辉光放电产生的第二等离子体作用于所述基片表面。
进一步的，在所述真空腔室内通入反应气体之前还包括：电子束辐照所述基片表面。
进一步的，所述辐照的电子束落点能量为1KeV-5KeV；所述辐照的时间为10s-300s。
在一些可选的实施方式中，所述电子束辐照所述基片表面时的所述真空腔室的第一真空度为小于1×10-6Torr。
在一些可选的实施方式中，所述真空腔室内通入反应气体的所述真空腔室的第二真空度为1×10-3Torr-1Torr。
在一些可选的实施方式中，所述第一电压的电压为0kv；所述第二电压的电压为-5kv-5kv；所述第三电压的电压为-5kv-5kv。
在一些可选的实施方式中，所述辉光放电产生的第二离子体作用于所述基片表面的时间为1min-30min。
在一些可选的实施方式中，所述反应气体包括：氧气，或者是空气，或者是氮气，或者是氩气。
在一些可选的实施方式中，所述基片包括：硅片，或者是硅的化合物，或者是陶瓷，或者是金属，或者是半导体，或者是碳纤维布，或者是石墨纸。
本发明除上述提供的一种亲水性基片制作方法外，本发明还提供一种亲水性基片制作装置，包括：
电子源，所述电子源下端连接有真空腔室，所述真空腔室设置有可开闭的隔离门体，所述真空腔室设置有进气口和出气口；
样品台，设置于所述真空腔室内。
采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果。
本发明提供一种亲水性基片制作方法及装置，该方法在产生第一等离子体和第二等离子体过程中启辉容易，第一等离子体和第二等离子体作用于基片后，基片的亲水性效果稳定，次品率低。
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。
附图说明
附图作为本发明的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中：
图1是本发明提供的一种亲水性基片制作方法的一种实施方式流程图；
图2是本发明提供的一种亲水性基片制作方法的另一种实施方式流程图；
图3是本发明提供的一种亲水性基片制作装置结构示意图。
图中：1、真空腔室；2、电子源；201、接线端子；202、灯丝；3、隔离门体；4、样品台；5、基片；6、进气口；7、出气口；8、电子束。
需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所示，本发明提供了一种亲水性基片5制作方法，该方法包括如下步骤：
S110，真空腔室1内通入反应气体；
S120，对所述真空腔室1施加第一电压，对样品台4施加第二电压，电子源2发射电子束8轰击所述反应气体产生第一等离子体；
S130，所述第一等离子体作用于所述基片5表面；
S140，对所述样品台4施加第三电压，所述电子源2停止发射所述电子束8；
S150，辉光放电产生的第二等离子体作用于所述基片5表面。
具体的：
S110，真空腔室1内通入反应气体；
详细的，向真空腔室1通入反应气体，反应气体可以氧气，或者是空气，或者是氮气，或者是氩气。本发明以反应气体为氧气为例进行说明，向真空腔室1通入氧气，同时真空泵对真空腔室1抽真空工作，保持真空腔室1内通入反应气体时的真空腔室1的第二真空度为1×10-3Torr-1Torr。
优选的，向真空腔室1通入氧气，同时真空泵对真空腔室1抽真空工作，保持真空腔室1内通入反应气体时的真空腔室1的第二真空度为3.75×10-3Torr。
S120，对真空腔室1施加第一电压，对样品台4施加第二电压，电子源2发射电子束8轰击所述反应气体产生第一等离子体；
详细的，对真空腔室1施加第一电压，真空腔室1接地，既第一电压的电压值为0kv。对样品台4施加第二电压，第二电压的电压值为-5kv-5kv。
电子源2用于产生并发射电子束8，电子源2包括灯丝202和接线端子201，电源与接线端子201连接，接线端子201与灯丝202连接，电源通过接线端子201为灯丝202供电。灯丝202通入电流后会发射电子束8和热辐射。当对灯丝202通入电流时，电子源2发射的电子束8轰击作用在真空腔室1内通入氧气上。电子源2接入电压的电压值的范围为-1kv--5kv。电子束8的落点能量范围为1KeV-5KeV。电子源2发射的电子束8轰击作用在真空腔室1内通入氧气上持续时间0.5min-5min。
在该参数下，电子束8入射到真空腔室1，轰击作用真空腔室1内的氧气，高能的电子与真空腔室1内的氧气分子碰撞，高能的电子以碰撞电离、激发等非弹性碰撞等方式损失能量，氧气被加热电离产生第一等离子体，第一等离子体包括氧离子、电子、氧自由基、氧气分子。
优选的，电子源2接入电压的电压值为-1kv。对样品台4施加第二电压，第二电压的电压值为2kv。电子束8的落点能量为3KeV。电子束8入射到真空腔室1，轰击作用真空腔室1内的氧气，电子束8轰击作用在真空腔室1内通入氧气上持续时间1min。真空腔室1内的氧气被加热电离产生第一等离子体，第一等离子体包括氧离子、电子、氧自由基、氧气分子。
S130，所述第一等离子体作用于所述基片5表面；
详细的，基片5可以是硅片，或者是硅的化合物，或者是陶瓷，或者是金属，或者是半导体，或者是碳纤维布，或者是石墨纸。本发明以基片5为硅片为例进行说明。
硅片放置在样品台4上，第一等离子体作用于硅片表面，使硅片表面性能获得优化，增加表面的亲水性。
S140，对所述样品台4施加第三电压，所述电子源2停止发射所述电子束8；
详细的，对真空腔室1施加第一电压，真空腔室1接地，既第一电压的电压值为0kv。对样品台4施加第三电压，第三电压的电压值范围为-5kv-5kv。
停止电源为灯丝202供电。灯丝202停止发射电子束8和热辐射。电子源2停止发射电子束8轰击作用在真空腔室1内通入氧气上。
由于对真空腔室1施加第一电压,真空腔室1接地，既第一电压的电压值为0kv,样品台4施加第三电压，第三电压的电压值范围为-5kv-5kv。在真空腔室1和样品台4之间形成的电场中，通入到真空腔室1中的氧气和第一等离子体，辉光放电产生第二等离子体，第二等离子体包括氧离子、电子、氧自由基、氧气分子。
S150，辉光放电产生的第二等离子体作用于所述基片5表面。
第二等离子体作用于硅片表面，使硅片表面性能获得优化，增加表面的亲水性。
优选的，真空腔室1接地，既第一电压的电压值为0kv。对样品台4施加第三电压，第三电压的电压值为-2kv。当第三电压的电压值为-2kv时，第二等离子体包括的氧离子作用于硅片表面较多。
优选的，真空腔室1接地，既第一电压的电压值为0kv。对样品台4施加第三电压，第三电压的电压值为2kv。第三电压的电压值为2kv时，第二等离子体包括的电子作用于硅片表面较多。
如图2所示，在一些可选的实施方式中，在S110，真空腔室1内通入反应气体之前还包括：S100，电子束8辐照所述基片5表面。
具体的，对真空腔室1抽真空，保持真空腔室1的第一真空度为小于1×10-6Torr。辐照的电子束8落点能量为1KeV-5KeV；辐照的时间为10s-300s。电子源2发射电子束8和热辐射辐照在硅片表面。在垂直于硅片表面方向上，硅的三维晶格结构周期性被破坏，电子势力不存在平移对称性。处在晶体内部的原子受到最邻近的次邻近的原子对称力场的作用处于平衡态，处在表面的原子由于非对称力场中存在指向空间的剩余结合力，形成表面悬挂键。为了使硅片的表面自由能最小，表面原子发生重新排列并吸附其它外来原子。所以经过电子束8辐照后的硅片表面更有利于等离子体对硅片表面性能获得优化，增加表面的亲水性。
优选的，电子源2用于产生并发射电子束8，电子源2包括灯丝202和接线端子201，电源与接线端子201连接，接线端子201与灯丝202连接，电源通过接线端子201为灯丝202供电。灯丝202通入电流后会发射电子束8和热辐射。对电子源2施加电压的电压值为-2kv，电子束8落点能量为2KeV，辐照的时间为30s。
需要说明的是，电子束8落点能量指的是电子束8作用硅片表面的能量。
本发明通过电子束8对硅片进行辐照预处理，使硅片的表面自由能最小，表面原子发生重新排列并吸附其它外来原子。所以经过电子束8辐照后的硅片表面更有利于等离子体对硅片表面性能获得优化，增加表面的亲水性。
本发明通过电子束8轰击作用于反应气体上产生第一等离子体，该方法在产生第一等离子体过程中启辉容易，第一等离子体作用于基片5表面。
本发明通过在真空腔室1和样品台4之间形成的电场中，真空腔室1中的氧气和第一等离子体，辉光放电产生第二等离子体，第二等离子体作用于基片5表面。
本发明采用的上述方法在产生第一等离子体和第二等离子体过程中启辉容易，第一等离子体和第二等离子体作用于基片5后，基片5的亲水性效果稳定，次品率低。
如图3所示，本发明还提供一种亲水性基片5制作装置，该装置包括电子源2和样品台4。电子源2下端连接有真空腔室1，真空腔室1设置有可开闭的隔离门体3，真空腔室1设置有进气口6和出气口7，样品台4设置于真空腔室1内。
下面以一个具体实施例进行说明：
电子源2下端连接有真空腔室1，真空腔室1设置有可开闭的隔离门体3，隔离门体3上滑动连接有伸缩托架，伸缩托架可在隔离门体3上升降滑动，用于调节高度。伸缩托架上设置有样品台4，硅片放置在样品台4上，电子源2用于产生并发射电子束8，电子源2包括灯丝202和接线端子201，电源与接线端子201连接，接线端子201与灯丝202连接，电源通过接线端子201为灯丝202供电。灯丝202通入电流后会发射电子束8和热辐射。
对真空腔室1抽真空，保持真空腔室1的第一真空度为小于1×10-6Torr。对电子源2施加电压的电压值为-2kv，电子束8落点能量为2KeV，对放置在样品台4上的硅片进行辐照，保持电子束8对硅片进行辐照的时间为30s。辐照后的硅片表面更有利于等离子体对硅片表面性能获得优化。
通过进气口6向真空腔室1通入氧气，同时真空泵通过出气口7对真空腔室1抽真空工作，保持真空腔室1内通入反应气体时的真空腔室1的第二真空度为3.75×10-3Torr。
电子源2接入电压的电压值为-1kv。对样品台4施加第二电压，第二电压的电压值为2kv。电子束8的落点能量范围为3KeV。电子束8入射到真空腔室1，轰击作用真空腔室1内的氧气，电子束8轰击作用在真空腔室1内通入氧气上持续时间1min。真空腔室1内的氧气被加热电离产生第一等离子体，第一等离子体包括氧离子、电子、氧自由基、氧气分子。第一等离子体作用于硅片表面。使硅片表面性能获得优化，增加表面的亲水性。
停止电源为灯丝202供电。灯丝202停止发射电子束8和热辐射。电子源2停止发射电子束8轰击作用在真空腔室1内通入氧气上。
由于真空腔室1对真空腔室1施加第一电压,真空腔室1接地，既第一电压的电压值为0kv,样品台4施加第三电压，第三电压的电压值范围为-5kv-5kv。在真空腔室1和样品台4之间形成的电场中，通入到真空腔室1腔室中的氧气，辉光放电产生第二等离子体，第二等离子体包括氧离子、电子、氧自由基、氧气分子。第二等离子体作用于硅片表面。使硅片表面性能获得优化，增加表面的亲水性。
在一个可选的实施例，真空腔室1接地，既第一电压的电压值为0kv。对样品台4施加第三电压，第三电压的电压值为-2kv。第三电压的电压值为-2kv时，第二等离子体包括的氧离子作用于硅片表面较多。
在一个可选的实施例，真空腔室1接地，既第一电压的电压值为0kv。对样品台4施加第三电压，第三电压的电压值为2kv。第三电压的电压值为2kv时，第二等离子体包括的电子作用于硅片表面较多。
采用上述的一种亲水性基片5制作方法及装置，该方法在产生第一等离子体和第二等离子体过程中启辉容易，第一等离子体和第二等离子体作用于基片5后，基片5的亲水性效果稳定，次品率低。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。
Claims (10)
1.一种亲水性基片制作方法，其特征在于：包括：
真空腔室内通入反应气体；
对所述真空腔室施加第一电压，对样品台施加第二电压，电子源发射电子束轰击所述反应气体产生第一等离子体；
所述第一等离子体作用于基片表面；
对所述样品台施加第三电压，所述电子源停止发射所述电子束；
辉光放电产生的第二等离子体作用于所述基片表面。
2.根据权利要求1所述的亲水性基片制作方法，其特征在于：在所述真空腔室内通入反应气体之前还包括：电子束辐照所述基片表面。
3.根据权利要求2所述的亲水性基片制作方法，其特征在于：所述辐照的电子束落点能量为1KeV-5KeV；所述辐照的时间为10s-300s。
4.根据权利要求2所述的亲水性基片制作方法，其特征在于：所述电子束辐照所述基片表面时的所述真空腔室的第一真空度为小于1×10-6Torr。
5.根据权利要求1所述的亲水性基片制作方法，其特征在于：所述真空腔室内通入反应气体的所述真空腔室的第二真空度为1×10-3Torr-1Torr。
6.根据权利要求1所述的亲水性基片制作方法，其特征在于：所述第一电压的电压为0kv；所述第二电压的电压为-5kv-5kv；所述第三电压的电压为-5kv-5kv。
7.根据权利要求1所述的亲水性基片制作方法，其特征在于：所述辉光放电产生的第二离子体作用于所述基片表面的时间为1min-30min。
8.根据权利要求1所述的亲水性基片制作方法，其特征在于：所述反应气体包括：氧气，或者是空气，或者是氮气，或者是氩气。
9.根据权利要求1所述的亲水性基片制作方法，其特征在于：所述基片包括：硅片，或者是硅的化合物，或者是陶瓷，或者是金属，或者是半导体，或者是碳纤维布，或者是石墨纸。
10.一种亲水性基片制作装置，其特征在于：包括：
电子源，所述电子源下端连接有真空腔室，所述真空腔室设置有可开闭的隔离门体，所述真空腔室设置有进气口和出气口；
样品台，设置于所述真空腔室内。
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