Proprietà plasma freddo

Capitolo 1 - Il Plasma ad arco
Sezione 15 - Il Plasma freddo

Proprietà ed eccitazione del Plasma freddo

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Studiato come curiosità di laboratorio fin dagli inizi degli anni sessanta, il plasma freddo ha trovato ampia applicazione nella microelettronica, dove le sue caratteristiche sono state sfruttate per la pulizia dei chip di Silicio e per rendere più efficaci i processi di deposizione chimica in fase di vapore CVD .

Negli ultimi anni, tuttavia, sotto la pressione di una migliore comprensione dei complessi fenomeni di interazione tra plasma e superfici, il plasma freddo ha rivendicato un ruolo sempre più importante nella ricerca e nella produzione di materiali modificati in superficie.

In genere, siamo soliti pensare a un gas come a una miscela di molecole o di atomi per lo più presenti nei loro stati elettronici fondamentali. In realtà, una piccola frazione del gas, circa una molecola o un atomo su 10 miliardi a temperatura ambiente, si trova normalmente in uno stato ionizzato.

Nella fase gassosa che costituisce il gas, complessivamente neutra (FIG. 1) , sono quindi presenti specie:

cariche positivamente (molecole o atomi ionizzati) ;
e altre dotate di carica negativa (elettroni).

Fig. 1 - SPECIE PRESENTI IN UNA FASE GASSOSA

Sottoponendo il gas all'azione di un campo elettrico (FIG. 2), è possibile accelerare le particelle cariche, conferendo loro l'energia necessaria.

Le particelle accelerate urtano gli altri componenti del gas, dando origine a una serie di reazioni (ionizzazione, dissociazione, promozione a stati energeticamente eccitati).

E' questa fase gassosa, parzialmente ionizzata e popolata da molecole, frammenti molecolari e radicali liberi, che viene denominata plasma freddo.

A causa della loro piccola massa , gli elettroni sono la specie più mobile presente nel plasma, quella a cui spetta il compito di trasferire l'energia agli altri componenti del sistema.

La natura e le applicazioni del plasma freddo dipendono dall'efficacia con cui gli elettroni svolgono questo compito.

Fig. 2 - CAMPO ELETTRICO DI
ECCITAZIONE PLASMA FREDDO

CVD - Acronimo di Chemical Vapour Deposition. Deposizione chimica in fase di vapore.

radicali liberi (free radicals) - Alla luce della teoria della valenza, un radicale libero è un aggruppamento di atomi nel quale qualche elettrone di valenza è libero. Un tempo si pensava che i radicali non potessero esistere liberi per un tempo finito. I radicali liberi presenti nel plasma freddo sono in genere assai stabili.

massa elettrone - Massa elettrone: m = 9.1x10^-31 kg; Carica elettrica: e = 1.6x10^-19 C.