等离子体协同合成功能材料的研究进展.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2024 年 01 月 26 日 作者简介：廖澈（1996）,男，汉族，四川大竹人，硕士研究生，成都大学机械工程学院，研究生，等离子体催化和等离子应用。-113-等离子体协同合成功能材料的研究进展 廖 澈 成都大学机械工程学院，四川 成都 610106 摘要：摘要：等离子体协同合成功能材料是一种利用等离子体与其他材料或过程之间的相互作用，通过协同效应合成具有特定功能的材料的方法。等离子体与材料表面进行相互作用，引发表面化学反应或物理过程，从而改变材料的性质或实现特定的功能。通过等离子体协同合成功能材料的研究和应用，可以实现材料性能的提升和特定功能的实现。这种方法在能源、环境、电子器件、生物医学等领域具有广泛的应用前景。本文总结国内外目前用等离子体协同合成功能材料的研究现状并做出展望。关键词：关键词：等离子体；协同作用；功能材料 中图分类号：中图分类号：TB34 0 引言 功能材料的研究和开发一直是材料科学和工程领域的热点和重要方向。随着科技的不断进步和社会的发展需求，对具有特定功能的材料的需求也越来越迫切。传统的材料合成方法往往受到一些限制，无法满足对材料性能和功能的要求。因此，寻找新的合成方法和技术成为了当前研究的重点。等离子体协同合成功能材料作为一种新兴的合成方法，引起了广泛的关注和研究。等离子体作为一种高能态的气体，具有高能量和高反应活性的特点，可以与其他材料或过程发生相互作用。通过等离子体与材料表面的相互作用，可以引发表面化学反应或物理过程，从而改变材料的性质或实现特定的功能。这种协同效应为合成具有特定功能的材料提供了新的途径和可能性。在等离子体协同合成功能材料的研究中，表面改性1是一个重要的方面。通过等离子体与材料表面的相互作用，可以实现表面的清洁、增强附着力、改善润湿性等效果，从而改善材料的性能。此外，化学沉积、纳米材料合成和材料改性等2-4方法也被广泛应用于等离子体协同合成功能材料的合成过程中。1 等离子体技术概述 1.1 等离子体介绍 等离子体一词最早由 IrvingLangmuir 于 1928 年提出，等离子体(plasma)又叫做电浆，是气体被电离后形成的离子化气体状物质。等离子体由电子、离子等带电粒子以及中性粒子(原子、分子、自由基等)等组成，宏观上呈现准中性。等离子体是具有集体效应的混合气体，其运动主要受电磁力支配，并表现出显著的集体行为，这种集体效应突出地反映了等离子体与中性气体的区别。等离子体广泛存在于宇宙中，常被视为是除了固、液、气体外，物质存在的第四态。图 1 等离子体示意图 1.2 低温等离子体的产生方式 等离子体根据温度可以分为高温等离子体和低温等离子体两类。高温等离子体的电子和离子温度接近，常见于核聚变等实验。低温等离子体常通过气体电离产生，电子温度高于离子温度，广泛应用于材料改性、污染处理和能源转换等领域。低温等离子体根据放电参数可以进一步分为电晕放电、电弧放电、介质阻挡放电和微波放电等。电晕放电在绝缘介质中产生，常见于高压导线和天线周围，可能导致设备效率下降。电弧放电是当电流通过含气体的小间隙时产生的强烈放电，常见于焊接和电灯光源。介质阻挡放电是通过绝缘层产生的非热等离子体放电，应用于气体处理和表面改性等领域。微波放电利用微波电场激励气体产生等离子体，应用于等离子体化学和材料合成等领域。中国科技期刊数据库 工业 A-114-2 等离子体协同合成功能材料常用方法 近年来，随着材料科学技术的发展和产业应用需求的增长，研究人员一直在寻求几种可以在室温、大面积、低成本和可扩展性的条件下制备功能性材料的有效方法。传统的物理和化学方法（如物理气相沉积和化学气相沉积）虽然被广泛使用，但它们往往面临着处理温度过高，沉积速率慢，无法精确控制材料性质等问题。在这种背景下，研究人员开始寻求新的制备方法，以解决上述问题。其中，利用等离子体进行功能材料制备成了一种新的研究趋势。2.1 等离子体辅助化学气相沉积（PACVD）等离子体辅助化学气相沉积（PACVD）是一种将传统化学气相沉积（CVD）和等离子体技术结合的方法，在较低温度下实现高效的材料沉积。等离子体提供大量活性物种，如离子和自由基，使沉积过程更加均匀和致密。由于其低温性质和高质量的薄膜特性，PACVD 被广泛应用于微电子、涂层和催化剂制备等领域。PACVD 相比传统 CVD 的优势有：1.较低的操作温度（通常在 300-400 摄氏度），减少对基片的热敏感性，避免热损伤。2.制备的薄膜质量和一致性更好，包括较低的缺陷密度和更平整的表面。由于等离子体提供了丰富的活性物种，薄膜更均匀且更致密。3.能够制备传统热化学方法难以合成的材料，如氨基化硅或碳化硅等。PACVD 被广泛应用于以下领域：1.微电子领域：用于制造超薄绝缘膜或屏障层，如硅酮、氮化硅和氧化锆等。2.防腐蚀和防护涂层：如氮化物、氧化物涂层。3.催化剂制备：制备具有特定活性和选择性的催化剂薄膜。4.光纤制造：用于制造高质量和可控性的光纤预制棒。2.2 等离子体增强原子层沉积(PEALD)等离子体增强原子层沉积（PEALD）是一种新兴的纳米尺度材料制备技术，在近年来引起了广泛关注。它结合了传统的原子层沉积（ALD）中的化学吸附步骤和等离子体反应步骤，实现了先进的薄膜沉积过程。PEALD 的关键在于每次只沉积一层原子，因此可以获得高度均一且薄膜厚度精细可控的特性。PEALD 的操作过程依赖于自限反应，即每次只沉积一层原子。首先，前驱气体 A 被引入反应室，与基片表面发生反应，这些反应是自我限制的，只在可用的表面位点上发生一次，然后系统被排空。接着，等离子体气体 B 被引入反应室，与已吸附在表面的前驱气体 A 反应，生成所需的薄膜以及副产品，然后系统再次被排空。通过反复进行这个过程，可以逐渐沉积出所需厚度的薄膜。PEALD 的技术优势有三点，分别是（1）精确控制：PEALD 技术可以实现极其精确的膜层厚度控制，甚至到单个原子层，因此特别适合于高精度的应用。（2）表面质量：因为 PEALD 是一种自我限制的过程，所以沉积薄膜的质量和均匀性非常高，可以形成无裂纹和完美的边界。（3）低温工艺：利用等离子体可以在相对低温下实现 AB 两种气相的反应，使得一些在常温下不可能发生的反应得以实现。它可用于制备高品质电解质层或阻挡层，对未来半导体器件和光伏设备的发展具有重要影响。2.3 等离子体刻蚀(PlasmaEtching)等离子体刻蚀3(PlasmaEtching)是一种在固态材料表面上制造微细特征的关键技术，因其具有高度黏合、精准控制和重复性的优点，被广泛应用于微电子和纳米技术领域。等离子体刻蚀是一种通过产生包含离子和中性粒子的等离子体，利用其反应性离子与衬底表面进行化学反应的工艺过程。它具有较强的选择性和精确性，适用于复杂设备制作，并且对环境友好。等离子体刻蚀优势在于等离子体刻蚀机能精细地操作材料的表面，生成精确的图形和模型，很适合微加工、纳米加工等领域。等离子体刻蚀可以应用于硅、氧化物、金属、聚合物等各种材料。对不同材料的选择性好，由于刻蚀原理的不同，一些材料可以被更有效地刻蚀，而其他材料则能被保护，这种选择性使得复杂的设备制作成为可能。清洁工艺:等离子体蚀刻留下很少或没有化学残留物，因为大部分材料被物理溅射或化学转化为气体副产品，从工艺室中排出。等离子体刻蚀广泛应用于微电子制造种，在半导体制程中，等离子体刻蚀被用来制造微小的电路、晶体管等元器件。在显示屏制造中，能够用来制造微型的像素和电极。微机电系统（MEMS）中可以用来制造微型的机械器件，如微型传感器和执行器。等离子体刻蚀可以在纳米尺度上工作，为纳米工程提供了一种精确的制备工具。在光纤端面刻蚀等应用中有着重要中国科技期刊数据库 工业 A-115-的用途。3 研究现状及发展 如前所述，等离子体具有独特的物理和化学性质，为材料合成带来了广阔的可能性。不同的等离子体放电形式由于其参数的不同，对合成的功能材料产生了深远的影响。这些放电方式决定了材料的结构、组成和表面性质，同时也影响了其在各种应用中的性能。因此，研究不同放电方式与所得功能材料性质之间的联系具有重要意义。目前，国内外学者已经开展了大量关于该领域的工作。接下来，我们将通过精选的文献案例，具体展示等离子体辅助化学气相沉积、等离子体增强原子层沉积及等离子体刻蚀在实际研究中的应用。3.1 等离子体辅助化学气相沉积技术研究进展 EvgeniyaErmakova 研究5中使用一种新型的单源前体双(三甲基硅基)苯胺，可以通过等离子体增强化学气相沉积制备高度氢化的聚合物样膜 SiCN 薄膜。通过表征研究，确认了薄膜具有均匀、致密、无缺陷的结构，并且具有 2-3%的孔隙度。等离子体增强化学气相沉积所制备的 SiCN 薄膜通常具有较高的致密性、硬度和抗腐蚀性，适用于高温、高压等恶劣环境下的应用。而化学气相沉积所制备的 SiCN 薄膜通常具有较低的致密性和硬度。NoureddineHacini 的研究6中使用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术在硅和玻璃衬底上合成了氧化锌(ZnO)薄膜。XRD 分析显示了具有优先(002)生长取向的六方纤锌矿相，随着温度的升高，生长取向得到了改善。晶粒尺寸和位错密度的计算表明，当衬底温度从 200 摄氏度变化到 400 摄氏度时，ZnO 的结晶性能得到了改善。ZnO 薄膜的 SEM图像显示了由均匀分布的球形颗粒组成的纹理表面。透射率达到 80，带隙能量的值表明 PECVD 制备的ZnO 薄膜具有透明和半导体性质。Chen-HsuanLu7在工作中，通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)的方式，展示了在聚酰亚胺(PI)上沉积的铜墨水上直接生长石墨烯，这同时实现了对铜墨水的还原、烧结和钝化，并进一步降低了其电阻率。进一步的研究了 PECVD 生长条件，以优化石墨烯在铜墨水上的质量，并发现在生长过程中，石墨烯的缺陷特性对 H2/CH4 比例在较高总气压下是敏感的。PECVD 过程后的铜墨水形态以及石墨烯质量对 H2/CH4比例的依赖性可能归因于相应电子温度的差异。同样在石墨烯制备中，苗瑞霞8开发了一种基于等离子体增强化学气相沉积(PECVD)合成路线，无需金属催化剂即可在柔性玻璃上制备石墨烯薄膜。通过优化氢等离子体蚀刻和射频功率的实验参数，调节了在玻璃上制备的柔性石墨烯的性质，使其具有石墨烯的透明性、良好的电导性和更好的宏观均匀性。如图 2、3 所示，具体的制备装置。图 2 装置示意图 传统的 SiOxCyHz-TiO2 复合薄膜制备通常采用物理气相沉积(PVD)或化学气相沉积(CVD)方法。PVD 方法使用磁控溅射将目标材料离子化并沉积在基底上，而 CVD 方法则通过化学反应在高温下生成复合薄膜。这些方法需要高温和真空条件，设备要求较高。最近LucasPires 的研究9提出了一种新的混合方法，结合了溅射和等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术，用于制备 SiOxCyHz-TiO2 复合薄膜。该方法利用六甲基二硅氧烷与 TiO2 反应，通过施加高频电场或射频电场，在等离子体的作用下发生化学反应，生成复合薄膜。PECVD 方法具有低温制备、高沉积速率、均匀性和多功能性的优点，适用于温度敏感的基底材料和需要快速制备的应用。传统的制备方法需要高温和真空条件，而 PECVD 方法通过等离子体的协同作用实现了 SiOxCyHz-TiO2 复合薄膜的制备，具有低温制备、高沉积速率、均匀性和多功能性的优点。SiOx 被认为是高能量密度锂离子电池(LIBs)的最有前途的阳极材料。然而，SiOx 材料存在固有缺陷，如电导率差、体积膨胀效应大和初始库伦效率低。为了解决这些问题，H.P.Zhou10使用快速等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺制备了垂直排列的碳纳米片封装的不均 SiOx(d-SiOxCNs)复合材料。PECVD 产生的垂直排列的碳纳米片提供了良好的界面接触，并显著改善了 SiOx 材料的电子导电性和Li+扩散性能。作为 LIBs 的阳极，SiOx(d-SiOxCNs)中国科技期刊数据库 工业 A-116-复合材料显示出高可逆容量(首次充放电容量分别为1456.7 和 1794.4mAhg-1)和优异的循环稳定性(在0.4Ag-1 的电流密度下 200 个周期后容量保持率为87.2%)。由于等离子体在表面工程中起着重要作用，我们课题组也做了不少研究11，钨氮化物的纳米结构由于其类似贵金属的性质，在催化和电催化等领域引起了广泛关注。在该研究中，我们提出一种两步策略，通过密集氦和氮等离子体处理直接从钨样品中制备钨氮化物(W2N)层。在依次暴露于氦等离子体 20 分钟和氮等离子体 30 分钟后，钨表面形成了厚度约为 700nm 的纳米毛状层，而 W2N/W 纳米纤维的直径约为 40nm。如图 3 所示，这是我们课题组所制备的纳米绒毛薄膜，可以通过等离子体环境合成纳米结构的 W2N。课题组另外一项研究12中通过在密集氦等离子体照射下利用热等离子体方法合成了钼衍生的纳米纤维膜。纳米纤维膜的表面组成可以通过后续的等离子体处理或化学反应来控制，以产生钼氮化物或钼氧化物，同时保持纳米纤维的结构。应用于罗丹明 6G 分子(R6G)的拉曼检测的基底时，表面具有非晶态 MoOx 层的钼纳米纤维膜显示出强烈的表面增强拉曼散射效应(SERS 效应)。陈中明的研究13探讨了不同功率下放电对 TiO2薄膜光催化活性的影响。如图 4 所示，随着放电功率从 3.6w 增至 6.4w，薄膜的光催化活性明显提升。这是由于高放电功率带来更强的电场能量，使得单位时间内 TiCl4 和 O2 的激发量增加，导致沉积的 TiO2 薄膜更多，进而提高了光催化活性。相反，低放电功率可能使 TiCl4 与 O2 反应不充分，导致部分水解。3.2 等离子体增强原子层沉积技术研究进展 与 PECVD 主要应用于大面积的精细沉积不同，PEALD 更适用于控制单个或几个原子层的精细沉积，因此，它在各种纳米级别的科研和应用领域被广泛使用。在 MingJieZhao 的研究14中，通过远程 O2 等离子体增强 ALD 过程成功制备了 In2O3 薄膜，并调整了O2 等离子体的持续时间。早期阶段薄膜生长主要由氧化过程控制，随着等离子体持续时间的增加，生长速率增加。在这个阶段，光学性质和载流子迁移率与等 图 3 (A)Mo-NF、Mo 2N-NF 和 MoO 3-NF 膜的合成方案。（B、C、D）Mo-NF 膜的 SEM（照片）图像和 EDS 结果。（E、F、G）Mo 2N-NF 膜的 SEM（照片）图像和 EDS 结果。（H，I，J）MoO 3-NF 膜的 SEM（照片）图像和 EDS 结果。图 4 不同功率下的活性情况 离子体持续时间几乎无关。然而，后期阶段出现了离子轰击效应，导致生长速率饱和。由离子轰击引起的氧空位缺陷更多，导致载流子浓度增加、折射率、光学带隙和载流子迁移率下降。MengmengMiao 研究15了等离子体增强原子层沉积(PEALD)工艺中沉积温度和等离子体剂量对 AlN 薄膜沉积的影响。等离子体的过量和不足不仅影响薄膜的生长速率，而且影响 AlN 薄膜的性能。基于等离子体的三种效应，建立了等离子体效应的三效应数学模型，该模型与 AlN 生长实验结果相吻合。HanruZhao 在研究16中，分别研究了等离子体增中国科技期刊数据库 工业 A-117-强原子层沉积(PEALD)和等离子体增强化学气相沉积(PECVD)沉积的介电膜对基于 GaN 的微盘激光器性能的影响。结果表明，PEALD-SiO2 封装层大大降低了陷阱态密度，增加了非辐射复合寿命，从而显著降低了阈值电流，明显提高了 GaN 基微盘激光器的发光效率，并减小了尺寸对性能的影响。KylieE.VanMeter 研 究17了 不 同 沉 积 温 度 对PEALDTiVN 薄膜的磨损行为和材料性能的影响。结果表明，250C 沉积温度下的 TiVN 薄膜具有超低磨损率，并且高于 150C 的温度下，薄膜的电阻率较低。沉积温度对薄膜的密度、晶粒尺寸和结晶度有影响，高沉积温度可提高这些性能。此外，XPS 结果显示，高温沉积还有助于减少薄膜中的杂质含量。这些研究结果表明，沉积温度对 TiVN 薄膜性能具有重要影响，高温沉积可实现低磨损率、低电阻率以及良好的摩擦性能，使其在温度敏感的微电子和 MEMS/NEMS 等领域具有潜在价值。YimengSong 在研究18报道了一种通过等离子体增强原子层沉积(PEALD)技术，在 SiO2/Si 基底上以 260开始和 320结束的两步法沉积超薄 GaN 薄膜在单层MoS2 模板上，以提高其质量。发现较低的起始沉积温度有助于保持单层 MoS2 模板，支撑 GaN 的后续生长。与控制组 320C 高温单步沉积相比，两步法低温沉积实现了理想的逐层生长，从而使 GaN 直接结晶在具有相当尖锐界面的衬底上。结构和化学表征显示，这种两步法方法产生优越的取向薄膜，其起源于界面区域。FlorivalM.Cunha 的一篇文章19介绍了利用等离子体增强原子层沉积（PEALD）方法制备厚度小于40nm 的 Al2O3 超薄膜的过程。这种超薄膜通过 PEALD沉积在铷光泵浦原子磁强计（OPM）腔体上，以延长其寿命，因为铷在腔体中会逐渐耗尽。同时，这篇文章还介绍了使用硅晶片制造 OPM 时已经集成了光电二极管。通过调整 ALD 参数，如每周期的沉积速率和沉积窗口温度，PEALDAl2O3 超薄膜在 795nm 处具有所需的折射率（用于实现铷的自旋极化）。使用 EDS 和 XPS等分析方法，确认了 Al2O3 超薄膜的化学成分和表面元素组成。此外，使用 SEM 分析检查了膜的均匀性。最后，监测了涂层 OPM 中铷的消耗情况。SanjieLiu20使用等离子增强原子层沉积技术，在 250下在 Si（100），Si（111）和 c 平面蓝宝石基底上生长了铝氮化物（AlN）薄膜。甲基铝和Ar/N2/H2 等离子体分别作为 Al 和 N 的前体。对比分析了生长在不同基底上的 AlN 薄膜的性质。研究发现，不论基底如何，所生长的 AlN 薄膜都呈现出具有首选c 轴取向的六方纤锌矿结构，并且是多晶结构的。利用 X 射线反射率测量，清晰显示了生长的 AlN 与基底之间的尖锐界面。表面形貌分析显示，生长在蓝宝石基底上的 AlN 具有最大的晶粒尺寸和表面粗糙度。此外，AlN/Si（100）在 532nm 波长处显示出最高的折射率。与 AlN/蓝宝石相比，AlN/Si 在可见光范围内具有更高的透射率。KexinDeng21通过在 500C 下采用 PEALD 生长3nm 的 SiOxNy 界面层，成功抑制了 SiNx/GaN 金属-绝缘体-半导体（MIS）结构的深层界面态和介电捕获。PEALD-SiOxNy 界面层在较高的 780C 温度下可保护GaN 表面免受分解，并对 LPCVD 生长的 SiNx 介电层有良好保护效果。同时，SiNx/GaN 界面特性得到明显改善。TaeHyunHong 的研究22使用两套 In 和 Ga 前驱物通过等离子增强原子层沉积(PEALD)在 InGaO(IGO)半导体上进行了沉积。通过改变 InO 子循环的数量，可以控制 ALD 处理膜的化学组成。实验发现，尽管 InO子循环的数量相同，但不同的前驱物导致了 TM-IGO和 DT-IGO 之间的铟/镓金属比率差异。这是由于前驱物的立体位阻和吸附位点的密度不同所导致的。此外，在相同的沉积过程下，前驱物的电特性也有所不同，包括薄膜晶体管的霍尔效应和器件参数。这些差异可能来自 IGO 薄膜的生长行为、阳离子/阴离子比例和结合状态。3.3 等离子体刻蚀技术研究进展 金刚石具有很高的耐磨性和形状稳定性，多晶化学气相沉积(CVD)金刚石由于解理和磨损各向异性而难以进行机械加工。Kameshima 在这项研究23中，研究了内向射频(RF)等离子体装置的制造以及利用它去除碳材料(如 CVD 金刚石膜和石墨板)的可能性。采用OES、共聚焦激光扫描显微镜和拉曼光谱对刻蚀进行评价。证实了所制备的内向射频等离子体装置可以应用于碳材料的等离子体刻蚀。Hirata,A 的研究24考察了表面条件对氮化硅(SiN)等离子体增强原子层刻蚀(PE-ALE)中每周循环刻蚀量(EPC)稳定性的影响。中国科技期刊数据库 工业 A-118-SiNPE-ALE 的单循环包括两个步骤：氢氟碳化物(HFC)吸收步骤和氩离子(Ar+)解吸步骤。几个循环后，由于 HFC 沉积，SiN 的蚀刻停止。在解吸步骤后引入氧-等离子体灰化步骤，得到三步 SiNPE-ALE。避免了蚀刻停止，但由于 SiN 的表面氧化，EPC 较低。通过将该三步 SiNPE-ALE 与随后的两步 SiO2PE-ALE 相结合，该步骤由碳氟化合物吸附步骤和 Ar+解吸步骤组成，实现了 SiNPE-ALE，具有稳定且较大的 EPC。Amberg,M25使用电容耦合射频（RF）等离子体反应器，研究了回收聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）薄膜与原始 PET 和聚丙烯（PP）的低压等离子体蚀刻。回收聚合物的特点是杂质含量增加和机械性能减弱，这两者都会影响等离子体蚀刻和粘合过程。选择了温和的等离子体条件来保持聚合物的材料本体特性。在浮动电位下测定聚合物样品的蚀刻速率和形貌，与在RF 电极上蚀刻相比，对于不同的氩/氧气混合物、蚀刻持续时间和样品大小。MichikazuMorimoto 的研究26中通过使用脉冲微波等离子体和时间调制偏压，在 CH3F/O2/Ar 等离子体中实现了高选择性的 Si3N4 刻蚀。在峰电压(Vpp)为 240V 时，Si3N4/Si 的选择比达到了无穷大。通过沉积膜分析、光谱发射光谱法和离子电流通量测量，研究了脉冲微波对 CH3F 气体解离的影响以实现高选择性的 Si3N4 刻蚀。当脉冲微波的占空比降低时，脉冲开启期间的等离子体密度降低，CH/H 比增加。脉冲微波等离子体通过提供低等离子体密度产生低解离自由基。CH3F 等离子体中的低解离自由基在 Si3N4 晶片表面形成富含氟(F)的氢氟碳化物(HFC)层。富含氟的HFC 层即使在低离子能量下也会促进 Si3N4 刻蚀，而在这种情况下 Si 刻蚀并不进行，从而使 Si3N4 刻蚀高度选择性地进行。环氧树脂（EP）暴露在高压直流电场中，表面积聚大量电荷，导致其绝缘性能下降，电力系统安全隐患增加。为了降低气体绝缘开关设备（GIS）/气体绝缘输电线路（GIL）故障的风险，冉慧娟27采用大气压介质阻挡放电（DBD）和大气压等离子射流（APPJ）两种等离子体刻蚀方法对极压表面进行改性。研究了改性材料的表面形貌和电性能随时间的变化。结果表明，DBD 处理后，样品的粗糙度增加了103.9nm，电导率提高了 3.91018S，闪络电压增加 14.4%;APPJ 处理后，样品的粗糙度增加了 223.5nm，电导率增加了 3.41017S，闪络电压增加 18%。这表明，两种等离子体刻蚀方法都可以通过改善表面电荷特性来改善材料的绝缘性能。SanghyunYou 最近研究28了全氟丙基乙烯基醚（PPVE）和全氟异丙基乙烯基（PIPVE）用于 SiO2 的等离子体蚀刻接触孔。在毯状 SiO2 上进行蚀刻时样品中，在所有偏置电压下，PPVE/Ar 等离子体中的蚀刻速率都高于 PIPPE/Ar 等离子体中的蚀刻速率。相反，当孔图案（直径 100nm）SiO2 对样品进行蚀刻，SiO2 的蚀刻速率 PIPPE/Ar 等离子体中的空穴高于SiO2 空穴 PPVE/Ar 等离子体中的孔。这可归因于 CF3的过量生产 PIPPE 中的离子比 PPVE 中的离子，物理溅射对 PIPPE 中等离子体蚀刻的贡献高于 PPVE。SiO2的角度依赖性使用法拉第笼检查的蚀刻速率表明，物理溅射对 SiO2 的影响 PIPVE/Ar 等离子体中的蚀刻比PPVE/Ar 等离子体中的蚀刻更大。在含氟刻蚀等离子体中，作用于反应等离子体和材料表面之间的一种物理化学机制控制着多晶陶瓷的侵蚀。MoritzKindelmann 在研究29中，将 Y2O3/YOF复合材料暴露于氟刻蚀等离子体中。通过重新定位，可直接将晶体取向与材料响应进行关联。我们的研究揭示了 Y2O3 表面的晶体取向依赖性氟化反应，该反应控制着刻蚀抵抗力和形态形成。靠近低指数平面(001)、(010)和(100)的取向由于表面反应均匀而表现出最低稳定性。所呈现的结果有助于扩展对 Y2O3等离子体-材料相互作用的机理理解。在本章中，我们通过分析 PECVD、PEALD 和等离子体刻蚀相关文献，了解了等离子体辅助技术在功能材料制备中的具体应用和优势。这些技术的广泛应用展示了等离子体辅助技术在未来材料科学研究中的巨大潜力。而这些领域的研究成果，无疑为我们进一步深化研究和开拓未来的创新研究提供了宝贵的参考。这些成就坚定了我们对等离子体技术发展的信心，展望未来，我们期待等离子体辅助技术能对更多领域产生深远影响。4 总结与展望 等离子体辅助合成是一种非平衡态的化学反应过程，利用等离子体中的高能离子和自由基激发材料表面和内部的化学反应。特别是在含有活性物质的气氛下，它能够诱导和控制新的化学反应路径，实现特定中国科技期刊数据库 工业 A-119-的化学反应和材料合成。因为等离子体源可以精确控制过程参数（如功率、工作气体、压力等），所以等离子体辅助合成可以精确地调节合成物的形状、尺寸、性质等特性。这种技术对反应介质和环境的要求较低。等离子体辅助合成技术在多种材料的合成与表面修饰中都显示出显著的优势。在纳米材料合成领域，能够实现无需模板或表面活性剂的直接合成；在催化剂合成中，能以高活性和选择性形成高度分散的催化活性组分；还在环保和能源相关的材料制备中作为新的合成路径。当前的研究主要集中在探索新的合成途径、开发新的应用，以及理解等离子体和物质之间的相互作用机理。未来的研究有望推动等离子体合成技术不断向更广的领域拓展，形成更多创新的应用。对于解决当今社会的一些性能改良、环保和新材料合成问题具有巨大潜力。随着等离子体科学和工程的深入研究，我们有理由期待这一技术会带来更多创新性的应用和突破。参考文献 1LMartinu,OZabeida.Plasma-Enhanced ChemicalVapor Depositionof Functional Coatings.Handbookof Deposition Technologiesfor Filmsand Coatings,2010:392-465.2HyungjunKim,etal.Characteristicsandapplicationsofplasmaenhanced-atomiclayerdeposition Hyung junKim.ThinSolidFilms.2021(519):66396644.3VincentM.Donnelly/AvinoamKornblit.Plasmaetching:Yesterday,today,andtomorrow.JournalofVacuumScience&TechnologyA.2013.(3):050825.4Hussein,R.O.andNorthwood,D.O.andNie,X.Coatinggrowthbehaviorduringtheplasmaelectrolyticoxidationprocess.JournalofVacuumScience&TechnologyA:Vacuum,Surfaces,andFilms,2010:766773.5Ermakova,Evgeniya,et 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