浙江大学：《材料合成与制备》课程教学资源（课件讲稿）第一章 材料气相合成与制备（打印版）

第一章材料气相合成与制备 气相合成与制备的大致过程 Supply of reactants 在和大气隔开的腔 纳米颗粒 内这些产物重新组 合，形成固相材料 Ditusion outof boundry layer 气相物质： 沉积的薄膜 分子、原 子、原子 簇、自由基 基板

第一章材料气相合成与制备气体本身是一个高能量物质存在状态。气态中的等离子体则是一种能量可受外界调控的体系。许多气相制备方法都涉及到等离子体

第一章材料气相合成与制备第一节等离子体的基础知识1.1等离子体PLRSMR+等离子体：电离程度较高、电离电荷相反、数量相等的气体，通常指由电子、离子、原子或自由基等粒子组成的集合体

第一节等离子体的基础知识等离子体特点（与普通气体相比）导电与电中性：等离子体则是一种导电流体，并且在整体上保持电中性粒子间作用力：等离子体中的带电粒子间存在库仑力，并导致带电粒子群的集体运动。受外场的调制：等离子体的运动行为明显地受到外界电磁场的影响和约束。等离子体与电离气体的关系：气体电离度要大到能限制其自身运动的程度

第一节等离子体的基础知识1.2等离子体的化学特征等离子化学反应的能量水平高。体系温度可达5×1032x104K能使反应体系呈热力学非平衡态。N.→等离子体一→金属材料表面改性(氮化)；装饰材料TiN(金色)；陶瓷材料Si,N4H,C=CH,→等离子体→金刚石薄膜(0.1atm,450℃)，而一般金刚石形成条件为1600~1800C,60,000atm

第一节等离子体的基础知识1.3等离子体的粒子密度和温度等离子体的状态主要取决于它的组成粒子、粒子密度和粒子温度1.3.1粒子密度和电离度n.为电子密度，n.为离子密度，n.为中性粒子密度。电离度α可定义为na=ne+ng一般电离度很小，属弱电离等离子体；当α较大(约大于0.1)时，属强电离等离子体

第一节等离子体的基础知识1.3.2.电子温度和离子温度从微观角度来看，温度实际上是物质内部微观粒子平均平动能的量度热平衡等离子体：又称热等离子体。特点是等离子体中不仅电子温度高，重粒子温度也高，即T,~T~Tg°非平衡态的等离子体：又称低温热等离子体。特点是其电子温度高达104K以上，而离子和原子之类的重粒子温度却可低到300～500K，即T。》T;

第一节等离子体的基础知识低温热等离子体的意义T=10eV，即大约相当于1X105K，而T,只有数百K。T低，意味着粒子靠热运动碰撞而传递的热量不高，整体的宏观温度便较低反应体系有高的能量，而反应容器则接近室温。非常有利于制备条件的实现

第一节等离子体的基础知识1.4等离子体的准电中性宏观上电中性是等离子体的基本特征。在微小区域内，由于受内部粒子热运动的扰动或存在外界干扰等缘故，等离子体内时时处处都有可能出现电荷分离，即偏离电中性的现象。一旦出现偏离，存在于电荷间的库仑相互作用又将使电中性尽快得到恢复等离子体的准电中性就是指其本身特有的偏离台恢复的现象

第一节等离子体的基础知识等离子体对电中性的破坏的敏感度+在电子密度为1020/m3的等离子体如在半径为1cm的球区域内，有万分之一的电子移出球外等离子的电中性受到破坏，呈正电荷的过剩。这时正电荷在半径为1cm的球面处产生的电场强度为：11-n.e4(nqE :元R3=6.7×105（伏特秒=2)R?R23484元