RU224661U1 - Установка для плазменной обработки - Google Patents
Установка для плазменной обработки Download PDFInfo
- Publication number
- RU224661U1 RU224661U1 RU2023117499U RU2023117499U RU224661U1 RU 224661 U1 RU224661 U1 RU 224661U1 RU 2023117499 U RU2023117499 U RU 2023117499U RU 2023117499 U RU2023117499 U RU 2023117499U RU 224661 U1 RU224661 U1 RU 224661U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- plasma
- pdms
- plasma treatment
- vacuum
- laboratories
- Prior art date
Links
- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 title abstract description 12
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 3
- 230000000284 resting effect Effects 0.000 claims 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 abstract description 18
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 abstract description 12
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 abstract description 12
- 238000004987 plasma desorption mass spectroscopy Methods 0.000 abstract description 11
- 235000013870 dimethyl polysiloxane Nutrition 0.000 abstract description 10
- CXQXSVUQTKDNFP-UHFFFAOYSA-N octamethyltrisiloxane Chemical compound C[Si](C)(C)O[Si](C)(C)O[Si](C)(C)C CXQXSVUQTKDNFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 9
- 239000011521 glass Substances 0.000 abstract description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 4
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 3
- 238000002174 soft lithography Methods 0.000 abstract description 3
- 230000004913 activation Effects 0.000 abstract description 2
- 238000001994 activation Methods 0.000 abstract description 2
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 abstract description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 abstract description 2
- 229920000620 organic polymer Polymers 0.000 abstract description 2
- 229920002851 polycationic polymer Polymers 0.000 abstract description 2
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 abstract description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 238000009428 plumbing Methods 0.000 description 2
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 2
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 2
- 235000001674 Agaricus brunnescens Nutrition 0.000 description 1
- 229910001369 Brass Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 239000010951 brass Substances 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000003913 materials processing Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- -1 polydimethylsiloxane Polymers 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
Abstract
Полезная модель относится к вакуумно-плазменной обработке (травлению, активации, очистке и т.д.) поверхностей, слоев и пленок материалов в плазме инертных или химически активных газов. Устройство позволяет формировать зону плазменной обработки произвольного размера с контролируемой газовой средой. В результате плазменной обработки степень гидрофильности поверхностей существенно увеличивается. Также наблюдается увеличение сорбции поликатионных полимеров на поверхность органических полимеров после плазменной обработки, что соответствует ожидаемому формированию карбоксильных групп на поверхности. В результате плазменной обработки возможно производить плазменное склеивание PDMS-PDMS и PDMS-стекла для изготовления лабораторий-на-чипе методом «мягкой литографии», при этом прочность шва превосходит прочность PDMS-блока. Устройство изготавливается из массовых, доступных и дешёвых компонентов и не требует высококвалифицированного персонала для сборки. Таким образом, устройство позволяет расширить существенно применимость плазменных техник и лабораторий-на-чипе на малобюджетные лаборатории и мелкосерийные производства.
Description
Полезная модель относится к вакуумно-плазменной обработке (травлению, активации, очистке и т.д.) поверхностей, слоев и пленок материалов в плазме инертных или химически активных газов.
В настоящее время известны различные типы плазменных реакторов и входящих в их состав устройств, предназначенных для генерации плазмы. Наиболее широкое применение в последние годы получили плазменные реакторы, основанные на использовании высокочастотного возбуждения газового разряда. К таким устройствам, например, относится плазменный реактор, описанный в международной заявке WO 91/10341 (МПК Н05Н 1/24, Н05Н 1/46, опубл. 11.07.1991). Известный плазменный реактор содержит осесимметричную разрядную камеру, на боковой стенке которой установлен индуктор, подключенный к первому источнику ВЧ-напряжения. В камере плазменной обработки материалов помещен массивный электрод, подключенный ко второму источнику ВЧ-напряжения. На верхней торцевой стенке разрядной камеры реактора установлена магнитная система, выполненная в виде параллельных сборок постоянных магнитов, обеспечивающих создание в полости камеры неоднородное стационарное магнитное поле, спадающее от стенок камеры к ее центральной части. Реактор содержит также газораспределитель и систему отбора газа из камеры плазменной обработки. Известный плазменный реактор позволяет повысить в какой-то мере пространственную однородность плазменного образования, служащего источником ионов и радикалов для обработки материалов.
Известны также устройства для генерации пространственно однородной плазмы, включающие в свой состав разрядную камеру, на стенках которой размещается узел ввода высокочастотной энергии, выполненный, в частности, в виде индуктора, и магнитную систему, создающую в полости камеры неоднородное стационарное магнитное поле, спадающее в направлении от стенок камеры к ее центральной части (см., например, международную заявку WO 94/06263, МПК Н05Н 1/46, опубл. 17.03.1994).
Для повышения однородности генерируемой плазмы применяют также узлы ввода высокочастотной энергии, образованные изогнутыми участками электрического проводника, которые последовательно соединяются друг с другом замыкающими элементами и подключаются к ВЧ-генератору (см., например, европейскую заявку ЕР 0648069 А1, МПК Н 05 Н 1/46, H 01 J 37/32, опубл. 12.04.1995). Такой узел ввода энергии может размещаться в разрядном объеме в области спадающего стационарного магнитного поля. При таком расположении узел ввода разделяет разрядную камеру на два объема с раздельной подачей рабочего газа. В каждом из разрядных объемов генерируется газоразрядная плазма с равномерным распределением концентрации заряженных частиц. Однако такое конструктивное выполнение обладает существенными недостатками, связанными со сложностью конструкции, сложностью системы электропитания и системы подачи газа.
На мировом рынке представлено множество моделей плазменных камер для таких задач, например BasicPlasmaCleaner от HarrickPlasma (https://azimp-micro.ru/product/mikroflyuidika/mikroflyuidnye-chipy/izgotovlenie -chipov/plazmennye-ochistiteli/). При этом цена таких устройств достаточно высока, а габариты плазменной камеры - ограничены.
Также, описано использование бытовых микроволновых печей с вакуумной камерой в качестве дешевой версии устройства плазменной обработки (https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/08327823.2021. 1916680?journalCode=tpee20https://www.researchgate.net/publication/350297129_Plasma_generation_by_household_microwave_oven_for_surface_modification_and_other_emerging_applications),
однако однородность плазмы в такой конфигурации не всегда достаточна для воспроизводимой обработки, и для надежного зажигания плазмы в условиях низкого вакуума - требуется наличие жертвенного концентратора, загрязняющего камеру при выгорании.
Задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является расширение арсенала технических средств для плазменной обработки элементов из полидиметилсилоксана (PDMS, технология «мягкой литографии»).
Технический результат достигается тем, что установка для плазменной обработки содержит вакуумную камеру в виде вакуумного колокола, опирающегося на опорную пластину через кольцевой уплотнитель, дисковый нижний электрод и газовую трубку, совмещенную с верхним электродом, причем электроды предназначены для подключения к высоковольтному генератору для зажигания плазмы.
Полезная модель поясняется графически, где
на фиг. 1 условно изображена установка для плазменной обработки;
на фиг. 2 - вакуумная камера;
на фиг. 3 - работа установки плазменной обработки;
на фиг. 4 - степень гидрофильности поверхностей;
на фиг. 5 - плазменное склеивание.
На фигурах обозначены следующие элементы:
1. Вакуумный насос
2. Переключатель газовых потоков
3. Опциональный манометр
4. Вакуумная камера
5. Высоковольтный генератор для зажигания плазмы
6. Нижний электрод
7. Опорная пластина
8. Кольцевой уплотнитель
9. Вакуумный колокол
10. Газовая трубка, совмещённая с верхним электродом
Устройство для плазменной обработки изготавливается из массовых и дешёвых компонентов и позволяет формировать зону плазменной обработки произвольного размера с контролируемой газовой средой. Форма вакуумного колокола и дискового электрода обеспечивает однородность плазмы в нижней (рабочей) зоне плазменной камеры, которая контролируется визуально. В качестве вакуумного насоса 1 может быть использован любой двухконтурный и большинство одноконтурных масляных насосов любой производительности. Использование масляной ловушки опционально и, благодаря переключателю газовых потоков 2, не является необходимым. В качестве переключателя газовых потоков 2 может быть использован набор бытовых сантехнических шаровых кранов; экспериментально показано, что краны такого класса обеспечивают достаточный уровень герметичности. В качестве вакуумного колокола 9 может быть использована, в частности, чаша (нижняя часть) стеклянного эксикатора. Чаша может быть подключена к газовой линии с помощью латунного сантехнического фиттинга, выполняющего также роль верхнего электрода 10.
В качестве опорной пластины 7 может быть использован 10 мм поликарбонатный лист с подлежащим металлическим электродом 6 диаметром ~ 80 % от диаметра рабочей зоны. В качестве кольцевого уплотнителя 8 может быть использовано отлитое из эластичного силикона кольцо, соответствующее шлифованной грани чаши.
В качестве источника высокочастотного тока для генерации плазмы в вакуумном колоколе может быть использован широкий спектр высокочастотных, например 20 кГц, генераторов 5 с напряжением 5-10 кВ.
Устройство для плазменной обработки работает следующим образом.
Заготовка помещается в вакуумный колокол 9 на опорную пластину 7. Вакуумный колокол 7 устанавливается на кольцевой уплотнитель 8. Переключатель газовых потоков 2 находится в положении "закрыто". Включается вакуумный насос 1, переключатель газовых потоков 2 переводится в положении "открыто". После создания вакуума в вакуумной камере 4, о чем покажет опциональный манометр 3 или изменение тональности звука вакуумного насоса 1, включается высоковольтный генератор 5 для зажигания плазмы. Высокочастотная энергия с помощью нижнего электрода 6 и газовой трубки, совмещённой с верхним электродом 10, вводится в вакуумную камеру 4. Возникает плазма, визуально наблюдаемая по фиолетовому, для воздушной среды, свечению, по форме напоминающая «перевёрнутый гриб», равномерно заполняющая нижнюю (рабочую) часть вакуумной камеры 4, ~ 2 см над опорной пластиной 7.
В результате проведенных экспериментов были получены следующие результаты.
В результате плазменной обработки степень гидрофильности поверхностей существенно увеличивается фиг. 4. Плазменная обработка поликарбонатной пластины. Угол смачивания до обработки - 64°, после обработки - 30°.
В результате плазменной обработки возможно производить плазменное склеивание PDMS-PDMS и PDMS-стекла, при этом прочность шва превосходит прочность PDMS-блока. На фиг. 5 слева - PDMS-блок и предметное стекло, соединённые плазменным склеиванием, справа - отрыв PDMS-блока от стекла, разрыв происходит по массиву PDMS, а не по границе PDMS-стекла.
Также наблюдается увеличение сорбции поликатионных полимеров на поверхность органических полимеров после плазменной обработки, что соответствует ожидаемому формированию карбоксильных групп на поверхности.
Таким образом, продемонстрирована возможность изготовления исключительно дешёвого, доступного и массового устройства, обеспечивающего формирование достаточно устойчивой, однородной плазмы по всей площади под вакуумным колоколом, пригодных для типичных задач плазменной обработки/очистки, и в первую очередь - для изготовления лабораторий-на-чипе методом «мягкой литографии».
Claims (1)
- Установка для плазменной обработки, содержащая вакуумную камеру в виде вакуумного колокола, опирающегося на опорную пластину через кольцевой уплотнитель, дисковый нижний электрод и газовую трубку, совмещённую с верхним электродом, причем электроды предназначены для подключения к высоковольтному генератору для зажигания плазмы.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU224661U1 true RU224661U1 (ru) | 2024-04-01 |
Family
ID=
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1994006263A1 (en) * | 1992-09-01 | 1994-03-17 | The University Of North Carolina At Chapel Hill | High pressure magnetically assisted inductively coupled plasma |
| US5534231A (en) * | 1990-01-04 | 1996-07-09 | Mattson Technology, Inc. | Low frequency inductive RF plasma reactor |
| RU2326512C9 (ru) * | 2002-05-08 | 2008-08-27 | БиТиЮ Интернешнл, Инк. | Способ формирования плазмы (варианты) |
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5534231A (en) * | 1990-01-04 | 1996-07-09 | Mattson Technology, Inc. | Low frequency inductive RF plasma reactor |
| WO1994006263A1 (en) * | 1992-09-01 | 1994-03-17 | The University Of North Carolina At Chapel Hill | High pressure magnetically assisted inductively coupled plasma |
| RU2326512C9 (ru) * | 2002-05-08 | 2008-08-27 | БиТиЮ Интернешнл, Инк. | Способ формирования плазмы (варианты) |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| BARNES B. Plasma generation by household microwave oven for surface modification and other emerging applications, American Journal of Physics, Vol. 89, No 4, p.372-380, 2021. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN1080145C (zh) | 工件处理方法和工件处理装置 | |
| CN109461641B (zh) | 一种等离子刻蚀装置 | |
| CN104094377B (zh) | 用于产生空心阴极电弧放电等离子体的装置 | |
| US20180228933A1 (en) | Apparatus and method for producing a plasma, and use of such an apparatus | |
| RU224661U1 (ru) | Установка для плазменной обработки | |
| CN108004587A (zh) | 用于超高真空腔体的等离子体清洗抛光装置 | |
| JP2003310719A (ja) | 殺菌装置、及び、殺菌方法 | |
| CN102431660B (zh) | 一种真空中采用场致发射制造带电污染物的装置和方法 | |
| Yang et al. | Effects of electrode parameters on sewage disinfection by underwater pulsed arc discharge | |
| CN113175721A (zh) | 等离子加湿器 | |
| CN106998617A (zh) | 基于微等离子体喷枪产生大尺度大气压辉光放电的装置及方法 | |
| CN103917035A (zh) | 用非平衡等离子体处理颗粒和气体物质的装置 | |
| KR20150140311A (ko) | 증가된 생산성을 가지는 이온 주입 장치 | |
| CN1220409C (zh) | 一种活性气体发生方法及其装置 | |
| US6841942B2 (en) | Plasma source with reliable ignition | |
| CN210469844U (zh) | 电极组件及使用该电极组件的等离子体发生装置 | |
| Khamsen et al. | Atmospheric cold plasma via fringe field enhanced corona discharge on single dielectric barrier for large-volume applications | |
| CN109341940B (zh) | 一种液相高压脉冲放电直接冲击压力测量装置及方法 | |
| CN106430086B (zh) | 一种可在水中对mems微结构进行激励的聚焦激波激励装置 | |
| KR101281543B1 (ko) | 플라즈마 공기 정화 장치 | |
| CN106350777B (zh) | 一种磁控溅射阴极装置及磁控溅射装置 | |
| Teslenko et al. | A multispark electric discharge in a liquid | |
| CN111223745A (zh) | 一种以试剂离子辅助光致化学电离源 | |
| WO2017176132A1 (en) | A method for modifying the structure of materials by means of a glow discharge and a device for modifying the structure of materials by means of a glow discharge | |
| CN215163116U (zh) | 进行金属表面改性的装置 |