等離子體科學與技術

  等離子體是物質存在的第四種形態，處于比氣態更高的能量狀態。等離子體科學是二十世紀形成和發展的新興學科：等離子體物理（1927年）；等離子體化學（1967年）；等離子體材料科學（1988年）。科學技術是*生產力，等離子體科學的迅速發展促進了等離子體應用技術在各個工業領域的日益廣泛應用，并正在深刻地改變當代的生產工藝方式。一種低能耗無污染的干式生產工藝將會逐步取代造成環境惡化的傳統加熱和濕式化學工藝。例如等離子體鍍膜技術能取代傳統的電鍍和化學鍍技術而無須消耗大量化學藥品和水資源，不會形成三廢而污染環境。等離子體鍍膜技術還能形成傳統電鍍或化學鍍技術所不能形成的多種薄膜，極大地開拓了鍍膜技術。作為一種綠色（無環境污染）加工技術，對全世界的高技術工業發展和許多傳統工業的改造都有直接影響。zui有代表性的例子是微電子工業中等離子體加工技術的應用。1995年微電子工業的銷售額已達1400多億美元，當時統計微電子器件的制造工藝中有40%使用了等離子體加工技術。1998年IBM公司已推出0.25微米線寬的芯片，2007年In公司芯片線寬減少到45納米。當前IBM和日立公司正在合作研發32納米線寬新工藝。在超大規模集成電路的生產中，光刻（X光刻或電子束光刻）和等離子體刻蝕是兩個zui關鍵的工藝流程。科學家預測：二十一世紀等離子體加工技術會有新的巨大突破，在半導體工業，聚合物薄膜，材料防腐蝕，等離子體電子學，等離子體材料合成，等離子體冶金，等離子體煤化工，等離子體三廢處理等領域的市場每年達數千億美元。
    等離子體可由多種方法產生。由電能激勵氣體形成等離子體zui為簡單和經濟。按提供電能頻率的不同而分為直流（DC）等離子體，交流（工頻）等離子體，高頻（HF）等離子體，射頻（RF）等離子體和微波（MW）等離子體。微波等離子體技術是近三十年來才發明和發展起來的等離子體zui前沿的科學技術。隨著民用微波爐工業的迅速發展和大規模生產，作為微波功率源（微波發生器）的自激勵振蕩源的磁控管性能好、價格低、效率高（70%以上），微波功率源不用功率放大器、電路簡單可靠、成本低、能耗少，使微波等離子體裝置的制造成本和運行費用顯著下降,有很好的工程經濟性。
    科學研究表明微波等離子體具有無電極、大面（體）積、低能耗、率和低成本等多種優點，比之其它電激勵類型的等離子體有更高的活性。微波等離子體的運行氣壓很寬，從10-3Pa（微波ECR等離子體）到超過大氣壓（微波等離子體炬）。并且裝置的等離子體發生室和處理室可分可合，工藝的靈活性大。無電極放電避免了等離子體對處理物的損傷。所以微波等離子體有著廣泛的應用，特別適用于新材料（包括薄膜，纖維，粉末以及高性能復合材料等）的制備，金屬制品的表面強化和防腐蝕，紡織品的后整理，高聚物聚合及其表面改性，微電子器件及高功率電子器件和光電子器件的制造，納米材料的制備和器件的開發，照明光源和紫外光源的開發，有毒有害氣體的分解凈化及其它三廢處理等多個工業技術領域。例如微電子器件的等離子體加工工藝絕大部分都是用微波等離子體設備來實現的。光學級和微電子級的金剛石薄膜通常也是用微波等離子體化學氣相沉積工藝來制備的。光纖的制造和平面光波導器件加工也是用微波等離子體技術來實現的。等等。微波等離子體在高技術產品的等離子體加工技術中將越來越起到主導作用。