從ISPC看最新電漿技術現況與發展趨勢(上)：材料世界網

沈家志 / 工研院機械所

前言

國際電漿化學研討會(International Symposium on Plasma Chemistry; ISPC)為電漿化學領域的重要國際會議，第25屆國際電漿化學研討會(ISPC25)主題包含：低壓電漿基礎研究、高溫熱電漿基礎研究、大氣非平衡電漿基礎研究、電漿化學診斷與分析、電漿製程之模擬與分析、電漿與液體及其接觸的相關研究、奈米材料與結構的電漿加工、電漿沉積功能性塗層、電漿氣體轉化與合成、電漿輔助燃燒和空氣動力學、電漿之醫學和農業應用、電漿於環境中的應用等12個專題研究。本文將依據在ISPC25會議期間所獲得的各種電漿技術新知與發展訊息，進行簡要的報告與說明，以下將依本次演講和議題進行分類報告與分享，以供讀者與產業先進作為未來產品及技術研發的參考。

電漿基礎研究(低壓電漿、高溫熱電漿、大氣非平衡電漿)

電漿是一種基於電離氣體的高能態物理過程，在廣泛的應用領域中發揮著重要作用。電漿是一種由電子和離子組成的高度電離的氣體狀態，具有熱能和電能，呈現出非常特殊的物理和化學特性。於本次研討會中不少演講者著重於說明電漿的基礎學理，例如研究在真空環境下之電漿的基礎物理和化學過程，例如激發、電離、反應動力學等，是半導體製程常見的技術之一。真空電漿於台灣光電半導體仍有無法替代的地位與重要性，其相關設備及技術創新開發對於改善產品的品質、性能、效率和降低製造成本仍是熱門的研發項目。此外，亦有論文提出使用Low GWP氣體進行蝕刻之手段可以減少碳排放當量，使用氣體為HFE-347mcc3，其特色可蝕刻具傾斜角度之SiO₂結構，為現今半導體節能減碳議題重要趨勢之一(圖二)。

再者，於高溫熱電漿相關的發表中，因其溫度高於好幾萬度，故多數研究以探討高溫電漿的物理特性和行為為主，其涉及電漿的電離機制、能量傳輸、輻射特性和電磁場等理論基礎。本主題使用大量理論模型、實驗技術和數值模擬來研究電漿的動力學與熱力學行為(圖三-a)，研究這些特性有助於理解物理特性、控制和應用。本次會議中介紹常見的應用有：核融合、電漿加熱、電漿焚化、電漿廢氣處理和核廢料處理等(圖三-b)。

圖三、高溫熱電漿基礎研究之發表與論文(發表單位: (a)Florida State University；(b) Kanazawa University)

電漿與液體及其接觸的相關研究、奈米材料與結構的電漿加工、電漿沉積功能性塗層

電漿水技術為近年最熱門的研究主題之一，是一種利用非熱電漿來處理和改進水質的技術，在本次研討會中投稿數亦為最高。目前已經在研究和應用中取得了重要的進展，包含：①水電漿生成：通過在水中施加高電壓或使用其他激發與接觸方式產生(圖七)。這樣的激發會導致水分子中的氧和氫離子產生電離，形成含有高能態的電漿。②活性種產生：水電漿中的等離子體具有高能態，其中包括電子、自由基(如氧自由基、氫自由基)和活性氧物種(如氧離子)。③催化反應：水電漿催化技術利用活性種與待催化反應物接觸，從而促進化學反應的發生，能夠降解有機汙染物或合成新材料。④反應增益：水電漿催化技術具有高能效和高選擇性的特點，催化反應可以在較低的溫度和壓力條件下進行，從而節省能源和降低環境影響。應用領域包含水質處理、飲用水處理、污水處理、農業應用、環境修復材料生成。目前研究主要集中在改進電漿源的效能、探索最佳操作條件和評估處理效果。未來隨著對這種技術理解的進一步深入和技術的成熟，電漿水技術有望在水質處理和環境保護領域發揮更大的作用與實踐能力。

圖七、電漿與液體及其接觸的相關研究之發表與論文(發表單位:University of Antwerp)

電漿可應用於奈米材料的合成與加工，包括：金屬奈米顆粒、二維材料(如石墨烯)、金屬氧化物、半導體奈米結構等。通過控制反應條件、催化劑、前驅體等參數，實現對奈米材料形貌、大小、結構和組成的精確調控。本次研討會中亦發表許多應用於光電器件、催化劑、傳感器、生物醫學、能源轉換和儲存等領域的研究結果。其中，本次研討會較特別的發表為利用常壓電漿進行藍寶石表面之加工(圖八)，能夠有效進行原子等級的表面處理，能夠獲得平滑且無損的表面，相較於傳統濕式化學研磨(CMP)，不僅可以達到原子級表面粗糙度，且具有極高的效率，在半導體產業相當具有潛力 ---以上為部分節錄內容，完整資料請見下方附檔。