冷等离子体发生装置 采用直流、交流、射频及微波电源。图3 冷等离子体发生装置示意为几种装置示意。图3a冷等离子体发生装置示意是渗氮或渗碳装置，气体（N□或CH□等）在等离子体中分解、电离,产生的氮或碳离子轰击工件(基体)，渗入表面，形成硬壳层。图3b冷等离子体发生装置示意是等离子体气相沉积装置，反应气体在等离子体中分解、电离,并进行化学反应,再沉积在基体上并聚合或完成其他反应，形成膜。图3c冷等离子体发生装置示意是一种微波装置，它可通过传动机构使工件在等离子体中
连续移动，能作大面积的表面加工或沉积。
等离子体合成 等离子体可促使有机及无机化合物进行各种反应。①由氢化合物、 挥发性卤化合物、 氟碳化合物、氟氮化合物生成相应的高分子化合物。如由SiH□、B□H□分别制成Si□H□或Si□H□及B□H□；由SiCl□、GeCl□、BCl□分别合成为□、Ge□Cl□、B□Cl□；由CF□生成C□F□、C□F□、C□F□、C□F□,合成NF□、NF□、N□F□、N□F□等。② 通过分子异构化，得到不同分子结构。 如 CH□□CH□□CH□□Cl成为CH□□CHCl□CH□;2萘基甲醚成为1甲基-2萘酚。③将原子或小分子从原分子中脱除出来。由这过程可得到多种环产物或杂环结构。④双分子反应。如用苯组成联苯或联三苯。醚可以组成多种饱和烃及未饱和烃。
等离子体聚合反应 在适合的条件下，差不多所有有机化合物都能通过等离子体进行聚合。一般用光化学或自由基引发的气相聚合只限于乙烯基的有机化合物。除非单体分子含有“极化团”，也只能得到低分子量的聚合物，如苯乙烯、丙烯腈、甲异丙醇酮等在气相中都不能聚合,除非它们先经过光敏化。相反地,等离子体聚合则不限于乙烯基类的单体，它包括普通方法不能聚合的一些单体分子。①等离子体聚合饱和的脂肪族烃。电子碰撞单体分子,产生活性粒子，主要是自由基,其次是离子及被激励的分子。它们彼此之间或与中性分子相互作用，形成聚合物。等离子体聚合饱和烃的沉积率(R□)经验公式是
R□=□□□P□exp[-(□□□+□□F□)]式中P为输入功率,□为气压,F为单位流量,□为常数。②等离子体聚 合芳香族烃。在苯的射频等离子体中主要的活性粒子是H、C□H，其次是C□H□、C□H□。而在微波放电中则是CH及C□、C□H。由CH及C□H自由基形成□。它们与在相邻链上的自由键结合，得到聚合物交链。改变等离子体的输入功率W与气压□的比值，聚合物的性质可以有很大差别。③等离子体聚合未饱和烃。电子与乙烯碰撞产生原子氢，这些原子氢和乙烯、乙烷基、乙炔等相互作用，得到乙烷基、甲基、乙烯基等自由基，这些自由基的反应可以得到更大的自由基，生长气相的聚合。如果聚合过程中加载气（如氢或氮），将增加聚合物的沉积率。载气氮能将乙炔沉积率由 400提高到1500（埃／分）。但对乙烯的沉积率则不如此明显。乙烯的聚合物可以呈油状、固体或膜，随气压、单体分子流量及输入功率而定。④等离子体聚合乙烯基单体。正的单体离子与单体分子结合，生长成长链聚合物或者进行交链，接枝聚合。其他乙烯基单体的射频等离子体，如氯乙烯、氟乙烯、异丁烯酸甲酯及偏二氯乙烯，上述过程也适用。卤化烃的聚合率比简单的烃大，例如氯乙烯的聚合物形成率为160(埃／分),而乙烯的形成率为4（埃/分）。输入功率对聚合过程也有影响。例如苯乙烯的聚合，输入功率为8瓦时，沉积率及单体转化分别为0.019（克／小时）及30～35％；功率增到36瓦时，该参数分别提高到0.057及100％。
等离子体表面工艺 主要用于以下两方面。
①等离子体表面处理：为了提高刀具、模具等的性能，可以用等离子体对金属表面进行氮、碳、硼或碳氮的渗透。这种方法的特点是,不是在表面加一覆盖层,而是改变基体表面的材料结构及其性能。处理过程中，工件温度比较低，不使工件变形，这对精密的部件很重要。这一方法可以应用于各种金属基体，主要有辉光放电渗氮，氮碳共渗，渗硼。
②等离子体在电子工业中的应用：大规模集成电路片心的生产工艺，过去采用化学方式，现在采用等离子体方法代替之后，不仅降低了工艺过程中的温度，还因将涂胶、显影、刻蚀、除胶等化学湿法改为等离子体干法，使工艺更简单，便于实现自动化，提高成品率。等离子体方法加工的片心分辨率及保真度都高，对提高集成度及可靠性均有利。
等离子体沉积薄膜 用等离子体聚合介质膜可保护电子元件，用等离子体沉积导电膜可保护电子电路及设备免遭静电荷积累而引起损坏，用等离子体沉积薄膜还可以制造电容器元件。在电子工业、化学工业、光学等方面有许多应用。①等离子体沉积硅化合物。用SiH□+N□O〔或Si(OC□H□)+O□ 〕,制成SiO□H□。气压1～5托（1托≈133帕），电源13.5兆赫。氮化硅沉积用SiH□+SiH□+N□。温度300□，沉积率约180埃／分。非晶碳化硅膜由硅烷加含碳的共反应剂得Si□C□：H，□ 是Si/Si+C比例。硬度大于2500千克／毫米□。在多孔基片上,用等离子体沉积一层薄聚合膜，制成选择性的渗透膜及反渗透膜，可用于分离混合气中的气体，分离离子与水。也可以组合超薄膜层，以适应不同的选择性，如分子大小，可溶性，离子亲合性，扩散性等。在碳酸盐-硅共聚物基片上,用一般方法沉积0.5毫米薄膜,氢／甲烷的渗透性比为0.85，甲烷的渗透性比氢的高。若用等离子体在基片上沉积苯甲氰单体,这一比值增为33,分离作用大为提高。反渗透膜可用于海水脱盐。在水流量低于一定阈值时，排盐效果才好。烯烃族、杂芳香族及芳香胺等的聚合膜具有满意的反渗透性。②等离子体沉积膜可用于光学元件，如消反射膜，抗潮、抗磨损等薄膜。在集成光学中，用等离子体可以按照所需的折射率沉积上稳定的膜，用于联接光路中各元件。这种膜的光损失为0.04分贝／厘米。
等离子体用于材料表面改性 主要有以下几个方面：①改变润湿性（又称浸润性）。一些有机化合物表面的润湿性对颜料、墨、粘结剂等的粘结性，对于材料表面的闪络电压及表面漏泄电流等电性能，都有很大的影响。衡量润湿性的量称为接触角。表1 不同处理对聚合物材料接触角的影响中列出一些材料的不同处理对接触角的影响。②增强粘附性。用等离子体活化气体处理一些聚合物及金属之后，可使材料与粘附剂的结合强度得到加强。原因可以是聚合物表面的交联加强了边界层的粘附力；或是等离子体处理过程中引入了偶极子而提高了聚合物表面粘附强度；也可能是等离子体处理消除了聚合物表面的污层，改善了粘附条件。电晕处理也有同样效果。表2 等离子体处理强化了聚合物与金属间的粘附列出一些聚合物与金属粘附的结果，等离子体处理的效果明显。③强化聚合物与聚合物的粘附。例如玻璃丝加强的环氧树脂用氦等离子体处理后，与硫化橡胶的粘附增强233％。聚酯轮胎线经过等离子体处理(如NH3)后，与橡胶的粘附强度提高8.4倍。
