RO131922A2 - Sursă de plasmă rece cu două jeturi planare şi injecţie de gaze, pentru depunerea de straturi subţiri, corodarea, curăţarea şi funcţionalizarea suprafeţelor la presiune atmosferică - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la o sursă de plasmă cu funcţionare la presiune atmosferică, utilizabilă pentru tratarea materialelor. Sursa de plasmă, conform invenţiei, este asamblată din doi electrozi (7) exteriori şi un electrod (5) interior, care delimitează două spaţii (4) de descărcare înguste şi plane, spaţiile (4) fiind alimentate cu gazul în care se generează plasma, şi deschizându-se către partea inferioară a sursei cu două duze dreptunghiulare, prin care plasma expandează sub formă de jeturi (14) plane, electrodul (5) interior jucând rolul de electrod cald, conectat la borna de putere a unui generator de radio-frecvenţă, având amplasată în acesta o cameră (6) de injecţie a gazului precursor, în care suprafeţele electrozilor (7) exteriori sunt separate prin nişte bariere (8) din material dielectric, spaţiile menţionate fiind închise lateral cu elemente distanţiere (9, 10) izolate electric, care previn scurgerea gazului în afara sursei.

Description

Invenția se refera la o sursa de plasma cu funcționare la presiune atmosferica utilizabila la tratarea materialelor (depuneri de straturi subțiri, corodare, curatarea ori modificarea suprafețelor) in atmosfera deschisa ori controlata. Sursa de plasma este prevăzută cu un sistem de injecție a gazelor reactive care nu perturbeaza plasma. Plasma generata este rece (ne-termica), ceea ce permite aplicarea ei in procesarea materialelor susceptibile de degradare termica, precum materialele plastice bazate pe polimeri.

Baza invenției

Proprietățile de suprafața ale materialelor ca umectabilitatea, rugozitatea, compoziția chimica, duritatea, au un rol important in aplicații care necesita fricțiune si uzura reduse, rezistenta la mediile corozive, capacitate mare de vopsire si lipire, biocompatibilitate, si altele. Multe dintre materiale care dețin proprietăți de volum adecvate aplicațiilor nu dețin si proprietăți de suprafața corespunzătoare. Din acest motiv se apeleaza la tehnici specific de modificare a suprafețelor, care nu afecteaza proprietățile de volum. Printre cele mai utilizate tehnici sunt cele cu plasma. Plasma este folosita in larga măsură in tehnologii de acoperire, corodare, curatare ori modificarea suprafețelor.

In continuare prezentam cateva astfel de metode, menționând procesele fizice si chimice care conduc la modificarea cu success a suprafețelor:

-Metode de depunere/acoperire în plasma (plasma deposition, surface coating);

Acestea sunt grupate in doua clase:

Depunerea fizica din faza de vapori asistata de plasma (PAPVD - Plasma Assisted Physical Vapor Deposition) se bazeaza pe producerea in plasma a atomilor care construiesc stratul de acoperire, fara intervenția proceselor chimice, exemplele tipice fiind pulverizarea cu ioni sau evaporarea metalelor in prezenta plasmei. Atomii formați sunt transportați la un substrat unde se relizeaza acoperirea (depunerea). Deseori se injectează in plasma si un gaz reactiv additional care transportat la substrat conduce la formarea de compuși (nitruri, carburi, etc.).

Depunerea chimica din stare de vapori amplificata de plasma (PECVD-Plasma Enhanced

Chemical Vapor Deposition), se bazeaza pe injectarea in plasma a unui gaz precursor care conține in structura sa elementele ce urmeaza a fi incluse in stratul depus. Prin ciocniri cu particulele din plasma a 2015 00864

19/11/2015

(ioni, electroni) gazul precursor este descompus (disociat) in fragmente. Aceste fragmente ajung la substrat unde se depun si contribuie la formarea stratului de acoperire.

Exemple de aplicații ale straturilor subțiri depuse in plasma: elaborarea traseelor conductoare in circuitele integrate, acoperirea sculelor cu straturi dure, realizarea de straturi protectoare antiorozive pe suprafața, formarea de straturi cu proprietăți optice special (absorbante, antireflectatoare, etc.)

-Activarea/functionalizarea suprafețelor:

Bombardamentul suprafețelor cu ioni ori particule energetice produse in plasma conduce la ruperea legaturilor covalente si la formarea de locuri active chimic, locații favorabile pentru legarea speciilor chimice din atmosfera adiacenta. Injecția in plasma a unor gaze reactive creaza premisele ca in urma disocierii acestora sa se formeze specii chimice instabile (radicali, specii excitate metastabile) care ajung la substrat si se stabilizează prin legarea chimica la locurile create. Astfel, energia de suprafața si proprietățile chimice ale suprafețelor pot fi modificate in funcție de necesitați fara a modifica proprietățile de volum ale materialului.

Un exemplu tipic de aplicație a activării si functionalizarii este introducerea de grupări chimice polare in structura chimica a suprafeței materialelor plastice expuse plasmei de argon cu injecție de oxigen. Aceasta conduce la creșterea umectabilitatii (hidrofilizare). Un exemplu alternativ este hidrofobizarea prin injecția in plasma a unor compuși fluorurati.

-Corodarea (plasma etching)

Acest proces de îndepărtare a materialului de la suprafața este de regula un efect combinat al pulverizării si atacului chimic. La el contribuie bombardamentul cu ioni si reacțiile chimice de la suprafața. Pentru a amplifica reacțiile chimice la suprafața se injectează in plasma gaze adecvate, in funcție de natura materialului ce trebuie procesat. Exemplul tipic de cordare este corodarea siliciului in urma injecției gazelor fluorurate, proces utilizat pe scara larga in industria semiconductorilor.

-Curatarea suprafețelor (plasma cleaning)

In cadrul acestei metode, radicalii generați in plasma sunt utilizați la eliminarea contaminantilor de la suprafața materialului. Efectul de curatare este amplificat de injecția unor gaze adecvate. Speciile formate in plasma (radicali, ioni, metastabili, fotoni UV) reacționează chimic cu contaminantii de la suprafața producând specii atomice si moleculare volatile. Aceste specii difuzează in gaz si sunt Îndepărtate prin curgerea gazului. Un exemplu tipic, întâlnit in practica medicala este curatarea instrumentarului cu plasma: in urma expunerii la plasma reziduurile organice sunt îndepărtate. Mai mult, curatarea este insotita si de efectul de sterilizare.

Astfel de metode utilizează in general plasmele generate in condiții de vid, dar in prezent se raspandeste utilizarea surselor de plasma rece cu funcționare la presiune atmosferica. Acestea beneficiază de avantajul ca nu apeleaza la tehnologia costisitoare a vidului. Dispozitive cu funcționare la presiune atmosferica au fost inventate in număr mare in ultima decada. Trei factori sunt importanți pentru astfel de tehnologii utilizate la presiune atmosferica: generarea unei plasme de temperatura joasa (reci), posibilitatea de a injecta un gaz reactiv care in urma disocierii produce speciile atomice si moleculare necesare metodei (care susțin depunerea, corodarea, inserția grupărilor polare) fara a perturba generarea plasmei, si posibilitatea de a poziționa precis plasma pe suprafața pentru tratamente localizate, tratamente ce pot fi extinse la suprafețe mari prin scanare.

Una dintre problemele majore este injectarea gazului reactiv in absenta perturbării procesului de generare a plasmei. Injectarea gazului reactiv direct in gazul in care se generează plasma trebuie evitata deorece poate conduce la efecte nedorite in sursa de plasma (infundarea sau astuparea a 2015 00864

19/11/2015 spațiului de descărcare, corodarea electrozilor, schimbarea parametrilor de funcționare). O soluție alternativa este introducerea gazului reactiv din lateral intr-o plasma in curgere ce iese din spațiul de descărcare (jet de plasma). Totuși, in acest caz amestecul cu plasma este neuniform si incomplet. Cea mai buna soluție ar fi o injecție simetrica in jetul de plasma care evoluează in afara spațiului de descărcare.

Invenția se refera la o sursa de plasma rece de presiune atmosferica (funcționând fara echipamente de vid), tip jet multiplu de plasma de forma planara, care permite injecția simetrica a gazului reactiv in plasma fara a perturba descărcarea electrica care generează plasma. Sursa este utilizabila in aplicații precum depunerea de straturi subțiri, corodarea, curatarea si activarea/functionalizarea suprafețelor si permite extinderea procesării la suprafețe mari.

In literatura au fost identificate următoarele brevete relevante pentru invenția prezenta:

Brevetul CN101974739A prezintă un dispozitiv ce generează un jet multiplu de plasma de temperatura joasa la presiune atmosferica. Invenția descrie o sursa multipla de plasma generata cu putere de radiofrecvență, cu jeturi cilindrice si funcționare simultana. Sistemul este unul scalabil si poate funcționa cu o multitudine de gaze, insa pentru ca un gaz reactiv sa fie utilizabil la nivelul substratului, gazul trebuie sa intre in spațiul de descărcare înainte ca plasma sa iasa sub forma de jet in afara spațiului de descărcare. Astfel, aceasta sursa de plasma are alta construcție si proprietăți fata de sursa descrisa in invenția prezenta.

In brevetul CN1812686A este prezentat un dispozitiv generator de plasma, cu operare in radiofrecvență, cu geometrie planara, cu electrozi distincți pentru fiecare spațiu de descărcare. Daca sunt necesare mai multe gaze pentru operare, dispozitivul poate genera plasma in mai multe camere in același timp, amestecul gazelor reactive cu jeturile de plasma avand loc in apropierea substratului, insa in lipsa unei geometrii de focalizare a plasmei gradul de amestec al precursorului cu plasma este limitat.

In brevetul US6194036 este prezentat un dispozitiv generator de jet de plasma atmosferica, cu funcționare in amestec de heliu si oxigen. Acesta are simetrie axiala. Dispozitivul este utilizat la depunerea de straturi subțiri precum bioxidul de siliciu, prin injecția precursorului tetraetoxisilan (TEOS) in plasma. Puterea aplicata variaza intre 40 si 500 W, iar rata de depunere este stabilita prin presiunea parțiala a oxigenului. Injectarea precursorului are loc in apropierea vârfului sursei de plasma, la interiorul sursei, amplasarea asigurând o simetrie a amestecului.

In brevetul WO0132949 este prezentata o sursa de plasma cu operare la presiune atmosferica, de geometrie cilindrica. Precursorul este injectat lateral in descărcare printr-un dispozitiv plasat la ieșirea gazului din sursa.

Sumarul invenției

Invenția prezenta se refera la o sursa de plasma rece cu funcționare la presiune atmosferica, in atmosfera deschisa sau controlata. Sursa utilizează pentru generarea plasmei putere de radiofrecvență, iar gazul utilizat este argonul. Prin construcție sursa generează simultan doua jeturi planare de plasma, alimentate de la același generator de radiofrecvență. Jeturile formează intre ele un unghi ascutit predeterminat. Cele doua jeturi planare de plasma se intersectează după o linie in zona de tratament a suprafeței, unde se produce o focalizare a plasmei si o creștere locala a densității speciilor. Specificul construcției permite injecția gazului reactiv prin interiorul sursei, in afara spatiilor de descărcare electrica, in mod simetric, prin planul bisector al unghiului format de cele doua jeturi planare. Geometria sursei si procedeeul de injecție asigura un amestec optim al a 2015 00864

19/11/2015 hi precursorului cu plasma. Sursa este utilizabila in aplicații precum depunerea de straturi subțiri, corodarea, curatarea si activarea/functionalizarea suprafețelor, inclusiv a suprafețelor mari.

Prezentarea pe scurt a figurilor

Figura 1: Diagrama bloc a montajului experimental utilizat la procesarea suprafețelor cu plasma, Figura 2; Vedere laterala in secțiune a sursei de plasma dinspre conexiunea RF,

Figura 3: Vedere laterala in secțiune a sursei de plasma cu vizualizare la un unghi de 90 grade fata de conexiunea RF,

Figura 4; Vedere frontala a sursei de plasma cu vizualizare dinspre ieșirea gazului/plasmei,

Figura 5: Schema circuitului electric ce prezintă conexiunea RF si conexiunea electrodului de masa, Figura 6'NeâeK, laterala cu variația unghiului dintre electrozii de masa si a lungimii jetului de plasma.

Definiția termenilor

-plasma: Plasma este considerată ca fiind un gaz total sau parțial ionizat, per ansamblu neutru din punct de vedere electric, in care sarcinile electrice au comportare colectiva. Este un sistem fizic format dintr-un număr mare de particule neutre, electroni si ioni. Plasma este considerata a patra stare a materiei.

-descărcare electrica (in gaze): Descărcarea electrica în gaze reprezintă trecerea curentului electric printr-un gaz in urma formarii de purtători de sarcina (electroni liberi și ioni) prin ionizarea gazului datorita aplicării unei tensiuni electrice mari. Principalii parametri ai unei descărcări in gaze sunt: tensiunea aplicata, densitatea curentului de descărcare, gradul de ionizare, concentrația purtătorilor de sarcina si a atomilor excitați, temperatura gazului, presiunea gazului, forma electrozilor si distanta dintre ei. Descărcarea electrica reprezintă metoda uzuala de producere a plasmei.

-descărcare de radiofrecventa, descărcare RF: descărcare electrica in gaze, alimentata cu tensiune alternativa a cărei frecventa se situează in domenul radio al spectrului electromagnetic. Frecventa industriala admisa pentru descărcările de radiofrecventa este de 13.56 MHz.

-DBD (Engl: Dielectric Barrier Discharge, Rom: Descărcare cu Bariera de Dielectric): o anumita geometrie utilizata in descărcările in gaze ce utilizează la interiorul camerei in care are loc străpungerea gazului una sau doua bariere de dielectric (ce pot fi realizate din sticla, ceramica) amplasate la suprafața electrozilor. Aceasta configurație este utilizata acolo unde se dorește prevenirea apariției arcului electric datorata unor curenți electrici inițiali mari.

-specii in plasma: atomi in stare fundamentala sau in stări excitate, molecule in diferite stări de excitare, ioni atomici si moleculari pozitivi și negativi, electroni, radicali gazosi.

-gaz activ/reactiv: Gazele pot fi împărțite in gaze inerte si gaze active. Gazele inerte sunt cele care nu reacționează cu alte elemente. Argonul este un gas inert. Gazele active sau reactive sunt cele care a 2015 00864

19/11/2015

se combina sau reacționează cu alte elemente si pot forma compuși. Azotul, oxigenul, fluorul sunt exemple de gaze reactive.

-precursor: gaz ce actioneaza ca o sursa de specii in anumite procese, cum ar fi depunerile, corodarile in plasma. Aceștia favorizează depunerea de straturi subțiri la suprafața unui substrat, ori corodarea stratului. De exemplu compușii organometalici sunt gaze precursoare utilizabile la depunerea straturilor subțiri metalice.

-substrat: proba utilizata ca test ori ca suport pentru experimente sau procesări in plasma. Procesele aplicabile in cazul tratamentelor in plasma pot fi depuneri, corodari, modificări de suprafața.

-polimeri: substanța compusa din molecule cu masa moleculara mare formate dintr-un număr mare de monomeri (compuși organici cu masa moleculara mica si compoziție chimica simpla) legați in mod repetitiv prin legaturi covalente.

-filme subțiri, straturi subțiri: straturi depuse la suprafața unui substrat prin diverse metode, cu grosimi de la nanometri si pana la cativa microni. Acestea pot avea proprietăți diverse, depinzând de aplicație.

Prezentarea detaliata a invenției

In cele ce urmeaza se detaliaza descrierea sursei generatoare de doua jeturi planare de plasma si injecție simetrica a gazului precursor. Figurile reprezentative pentru aceasta descriere sunt Figurile 1-6. Figurile 1, 2, 3 si 4 sunt dedicate descrierii tehnice a dispozitivului.

In Figura 1 este prezentata schema bloc a montajului experimental. Astfel, sursa de plasma este poziționată deasupra unei mese de translație X-Y pe care se amplaseaza substratul. Fluxul de gaz utilizat la descărcare provenit de la butelie este controlat via un controler de debit de gaz asistat de calculator. Conexiunea de la controlerul de gaz către sursa de plasma este realizata prin furtune de gaz si cuple de gaz la nivelul sursei de plasma (Figurile 1, 2, 3 componentele 2). Debitul gazului reactiv este controlat via un alt controler de asemenea asistat de calculator. Conexiunea gazului precursor dinspre controlerul de debit către sursa de plasma este de asemenea realizata prin furtune de gaz si o cupla de gaz (Figurile 1, 2, 3 componenta 3). Puterea de radiofrecvență este furnizata de un generator RF (cu funcționare la o frecventa de 13.56 MHz si un domeniu de puteri de 1-600W) si o cutie de adaptare a impedanței. Transferul de putere de la generator către sursa de plasma este asigurat de un cablu coaxial ce se conectează la sursa printr-o mufa de radiofrecvență (Figurile 1, 2, 3 componenta 1). Inițierea descărcării si menținerea sa sunt controlate de calculator printr-un software dedicat.

Sursa de plasma are forma trapezoidala. Ea este asamblata din trei electrozi care delimitează doua spatii de descărcare înguste si planare (de forma paralelipipedica). Spatiile de descărcare (Figurile 2, 3 componenta 4) sunt alimentate cu gazul in care se generează plasma (argon). Spatiile de descărcare se deschid către partea inferioara a sursei cu doua duze dreptunghiulare prin care plasma expandeaza sub forma de jeturi planare. Electrodul interior (Figurile 2, 3, componenta 5) joaca rol de electrod cald (este conectat la borna de putere a generatorului RF) si este comun pentru cele doua spatii de descărcare laterale. In electrodul interior este amplasata camera de injecție (Figurile 2, 3 componenta 6) a gazului precursor de asemenea îngusta si planara (paralelipipedica). Electrozii exteriori sunt amplasați lateral (Figurile 2, 3 componenta 7) si sunt conectați la masa electrica a dispozitivului. Suprafețele electrozilor exteriori care delimitează spațiul de descărcare sunt separate de descărcare prin bariere de dielectric (Figurile 2, 3 componenta 8). Aceste spatii sunt inchise lateral a 2015 00864

19/11/2015

cu spatiatoare izolate electric (Figurile 2, 3 componentele 9 si 10) care previn scurgerea gazului in afara sursei, forțând astfel străpungerea gazului in zonele unde sunt prezente barierele de dielectric. întregul dispozitiv este învelit intr-o carcasa metalica cu rol de ecranare, legata electric la aceeași masa cu electrozii exteriori si cu borna de masa a generatorului RF.

Componenta 9 (Figurile 2 si 3) a dispozitivului asigura alimentarea cu gaz a dispozitivului. Ea are aplicate la interior doua spatii de uniformizare a curgerii gazului (12), iar in partea inferioara doua orificii prin care gazul trece in spatiile de descărcare laterale. Electrodul de putere este prevăzut si el cu o cupla de gaz (Figura 2 si 3, componenta 3), dedicata introducerii gazului precursor.

Camera de injecție (Figurile 2, 3 componenta 6) este utilizata ca spațiu de uniformizare a curgerii gazului si se continua spre partea inferioara a sursei de plasma cu deschideri (Figurile 3, 4 componenta 11) ce actioneaza ca orificii de dispersare a precursorului sub forma de vapori sau aerosoli intre cele doua jeturi planare de plasma.

Plasma generata la interiorul spatiilor de descărcare expandeaza in afara sursei sub forma a doua jeturi planare de plasma (Figurile 2 si 3 componenta 14) prin doua deschideri (duze) dreptunghiulare. Jeturile planare se intersectează la nivelul substratului. Precursorul injectat in sursa (Figurile 2 si 3, componenta 15) se amesteca cu plasma la nivelul intersecției jeturilor de plasma (Figura 2, componenta 16), foarte aproape de substrat, asigurând astfel o reacție optima cu aceasta in apropierea suprafeței de tratat.

Circuitul electric este prezentat in Figura 5: mufa de radiofrecventa este amplasata la exteriorul dispozitivului pe carcasa exterioara metalica legata la masa împreuna cu electrozii de masa. Mufa are aplicata prin sudura o conexiune (Figurile 3 si 4, componenta 13) către electrodul de putere. Acest lucru permite curentului de la generatorul de radiofrecventa sa treaca de la electrodul de putere către spatiile laterale de descărcare si apoi la electrozii de masa.

In timpul procesului de proiectare a sursei se alege unghiul sub care jeturile de plasma generate se întâlnesc la nivelul substratului. Valoarea dorita a unghiului se aplica electrodului central de putere de la care se începe construcția sursei de plasma. Electrozii de masa împreuna cu spatiatoarele si plăcutele de dielectric se amplaseaza apoi pe acest electrod central, după care întreaga sursa este învelita in carcasa protectoare. In Figura 6 este prezentata posibilitatea de variere a unghiului dintre cele doua jeturi de plasma. In aceasta figura sunt prezentate electrodul central (1), electrozii laterali (2), plasma generata la interior si care expandeaza din sursa de plasma (3) cat si substratul (4). Unghiul a dintre cele doua jeturi de plasma, cat si D (distanta de la vârful sursei si pana la substrat) sunt cei doi parametri de care se tine cont in timpul proiectării inițiale a dispozitivului. De asemenea, in cursul proiectării se stabilește si geometria duzelor de ieșire a plasmei, care determina latimea jeturilor de plasma planare ( Figura 4, marimea L).

Obiectivele invenției constau in:

Elaborarea unei surse de plasma rece cu funcționare la presiune atmosferica capabila sa asigure tratarea locala sau pe arii mari a materialelor (depuneri de straturi subțiri, corodare, curatarea ori modificarea suprafețelor) in condiții de temperatura redusa, prin injecția in mod simetric in plasma a gazelor reactive/precursoare. Procedeele de tratare la presiune atmosferica ce utilizează acest dispozitiv sunt mai flexibile fata de procedeele echivalente utilizate la presiuni joase de lucru.

a 2015 00864

19/11/2015

Exemple:

In cele ce urmeaza, pentru a explicita modul de operare al sursei de plasma descrise, detaliem cateva proceduri de lucru.

Exemplul 1: Depunerea de straturi subțiri carbonice sau de bioxid de siliciu:

O proba de siliciu cu dimensiunile 20x20 mm este amplasata pe o masa de translație X-Y controlata utilizând un PC, intr-o poziție prestabilita in afara jetului de plasma la o înălțime de 1-5 mm fata de suprafața ce urmeaza a fi procesata.

Gazul de descărcare (Argon de o puritate 99.999%) este inserat in sursa de plasma la un debit de 4000 sccm (4 litri/minut) utilizând un controler de debit comandat de un calculator. Inițierea descărcării (străpungerea gazului) este realizata utilizând un generator de radiofrecvență si o cutie de adaptare a impedanței (AD-TEC 600). Plasma expandeaza din sursa sub forma a doua jeturi planare. Gazul precursor utilizat (ce poate fi in cazul depunerii carbonului: pirol (C4H5N), tiofen (C4H4S), furan (C4H4O), anilina (C6H5NH2), acid acrilic (CH2=CHCO2H), sau in cazul depunerii bioxidului de siliciu: hexametildisiloxan (C6Hi8OSÎ2) sau hexametildisilazan (C6Hi8NHSÎ2)) este inserat in sursa sub forma de vapori la un debit de 300 sccm, utilizând un controler de debit. Vaporii precursorului ies in afara sursei in spațiul delimitat de cele doua jeturi de plasma unde se amesteca cu acestea. După acest pas, masa de translație deplasează proba de siliciu sub jeturile de plasma. Din acest moment deplasarea se realizează pe un traseu predefinit utilizând un program de calculator. In timpul deplasării precursorul descompus la substrat este fragmentat si fragmentele care ajung la suprafața se depun formând stratul subțire. De cele mai multe ori pentru un tratament uniform, deplasarea se face urmărind o serie de linii paralele ce acopera întreaga suprafața a probei. Grosimea filmului se controlează prin timpul de depunere. Timpul de depunere este determinat din numărul de scanari ale întregii suprafețe, ceea ce face ca întreg procesul sa fie ușor de controlat. La terminarea ciclului de scanare, masa de translație deplasează proba de tratat in afara poziției jetului de plasma pentru a permite colectarea acesteia. După aceasta, se sistează alimentarea sursei de plasma cu vaporii precursorului, după care alimentarea cu putere este întrerupta, iar gazul de lucru este de asemenea oprit.

Exemplul 2: Corodarea unei suprafețe:

O placheta de siliciu de dimensiuni 10x10 mm este amplasata pe masa de translație X-Y controlata de computer. Procedura de lucru din acest moment este identica cu cea pentru Exemplul 1, de la inițierea descărcării si pana la deplasarea sursei de plasma de-alungul unui traseu prestabilit, controlat de un computer. Diferența consta in tipul gazului injectat, care in acest caz este un compus fluorurat: C2H2F4 (tetrafluoroetan) sau SF6 (hexafluorura de sulf). Acești compuși produc corodarea siliciului prin tratamentul cu plasma. Compusul fluorurat se injectează in plasma unde se descompune si produce atomi de fluor (F) ce reacționează chimic cu substratul. Datorita geometriei speciale a dispozitivului, aceste gaze reactive se amesteca cu plasma la exteriorul sursei de plasma, prevenind astfel corodarea componentelor de la interiorul sursei.

Exemplul 3. Modificarea umectabilitatii suprafețelor polimerice:

Materialele polimerice utilizate in cadrul acestor tratamente sunt folii polimerice comerciale de PET (polietilen tereftalat, grosime 130 pm) provenite de la Goodfellow Ltd., Cambridge.

a 2015 00864

19/11/2015

Tratamentul consta in expunerea foliilor polimerice la jetul de plasma in argon folosind ca si gaz reactiv oxigenul. Folii polimerice de dimensiune 20x20 mm sunt poziționate pe masa de translație. Gazul de lucru utilizat este argonul de o puritate 99.999%. Parametrii descărcării sunt setati după cum urmeaza: puterea de radiofrecvență de 14 W, rata debitului de argon de 4500 de sccm, iar distanta dintre duza si substrat de 2 mm. Viteza de scanare este de 2 mm/sec, viteza ce corespunde unei expuneri a suprafeței la plasma de 0,8 sec/mm² de-a lungul traiectoriei de scanare. Timpul total de tratare este variat prin modificarea numărului de scanari ale suprafeței de-a lungul aceluiași contur predeterminat, si anume: 1 scanare, 3 scanari, 5 scanari, 10 scanari.

Pentru a evalua capacitatea de udare (umectabilitatea) a suprafețelor polimerice de PET tratate se realizează măsurători de unghi de contact folosind un microscop KSV CAM101. Valoarea unghiului de contact pentru o suprafața de PET netratata este de 81°. In urma tratamentelor efectuate se observa o scădere semnificativa a unghiului de contact cu timpul de tratament. Astfel, cea mai mica valoare a unghiului de contact obtinuta pentru PET poate fi de 20° pentru un număr de 10 scanari.

Claims (8)

1. Invenția prezintă un dispozitiv ce poate genera simultan doua jeturi de plasma utilizând un singur generator de radiofrecvanta.

2. Cele doua jeturi au forme planare si se intersectează de-alungul unei linii si la o anumita distanta fata de sursa de plasma.

3. Jeturile de plasma au temperatura joasa.

4. Sursa este utilizabila si cu injectarea unui gaz reactiv sau precursor prin interiorul electrodului de radiofrecventa.

5. Sursa asigura injecția simetrica a unui gaz precursor intre jeturile de plasma, permițând un amestec optim si uniform cu acestea.

6. Sursa asigura injecția precursorului in afara zonelor de descărcare, neperturbandu-se astfel procesul de generare a plasmei si previne deteriorarea electrozilor prin depunere sau corodare.

7. Localizarea precisa a intersecției jeturilor de plasma la suprafața probelor de tratat este realizata prin selectarea unui unghi adecvat intre cele doua jeturi de plasma.

8. Dispozitivul este utilizabil la depunerea, corodarea/curatarea ori modificarea suprafețelor in mod static, sau pe suprafețe mari prin utilizarea unei proceduri de scanare.