氩气等离子体

氩气是一种广泛使用的惰性气体，具有相对较低的电离能和较重的原子质量。它在大气中含量丰富且易于采购，使其成为等离子工艺中最受欢迎的稀有气体选择。惰性气体固有的惰性，意味着它们不会与其他原子发生反应或形成新键。在等离子体状态下，氩气被电离主要产生Ar ⁺离子，这种等离子体对材料表面的相互作用是一个纯物理溅射的过程，氩气等离子体的溅射作用会大大改变材料表面形貌，增大粗糙度，且效率很高。

氩等离子轰击物理蚀刻

氩等离子体通过物理溅射过程清洁表面，其中重Ar⁺离子以足够的能量轰击表面以去除污染物，而不会与表面引起化学反应。这与氧等离子体形成鲜明对比，氧等离子体通过化学反应过程清洁表面，其中氧物质与表面上的碳和氢结合，形成COx和H2O等挥发性产物。

氩等离子体的非氧化特性使其成为引线键合应用中清洁金属表面的首选。Ar等离子体可去除焊盘上的氧化层，同时不会与产品元器件发生化学反应，最大限度地降低氧化风险，保持元件表面的化学纯净性，不会造成二次污染，并且增强界面粘合力并提高导电性。

通过Ar等离子体增加亲水性

图1 氩离子轰击在 PE 表面留下自由基

与氧等离子体一起，氩等离子体也被广泛用于增加聚合物材料的亲水性。O2等离子体的工作原理是当聚合物置于等离子体环境中时，直接向聚合物添加含氧官能团，而氩等离子体首先通过离子轰击分离表面原子，从而在聚合物表面形成自由基位点。例如聚乙烯（PE），离子和电子对PE大分子链的轰击导致CH和CC键断裂，并在表面产生自由基位点（如图1所示）。

图2 氩等离子处理后暴露于环境空气，PE 表面上形成过氧化物键

当经Ar等离子体处理的聚合物暴露于环境空气中时，空气中的氧和水与这些自由基反应形成极性含O基团。PE经氩气等离子体处理后，自由基暴露在空气中会形成过氧化物键（如图2所示）。

聚乙烯(PE)氩等离子体处理效果

PE氩等离子处理前后对比，左边等离子处理前，右边等离子处理后

用氩气等离子体处理PE后，PE水滴角明显较低，样品表面的亲水性大幅提升。