微電漿系統之種類

微電漿系統的分類方法有很多，可以依系統之驅動電源之頻率進行分類：直流 電、低頻交流電(low frequency, 頻率約為數 kHz)、射頻交流電(radio frequency, 頻 率約為數MHz)、微波(microwave, 頻率為數 GHz)，而依照不同頻率的驅動電源，

常有不同的電極設計與機構，並對應產生不同的電漿放電形式，皆可作為分類之依 據，以下則是對幾種常見的微電漿系統的結構進行簡介。

1. 針尖對平板電漿系統(pin-to-plate/plane plasma system)

以一曲率高之針尖電極與一平板電極所構成，多以直流電源驅動，因於常壓易 發生輝光至電弧放電的轉變，而一般會於電路中加入一鎮流電阻以抑制系統的電 流¹¹，其典型的裝置設置如圖2.5 所示。此外，亦有並聯多根針尖至平板之電極設 計，或是於針尖與平板電極之間加入絕緣層並以交流電源驅動之微電漿系統。

2. 中空陰極放電(hollow cathode discharge)

中空陰極放電系統是最常使用的直流驅動電漿系統之一，是以一直徑為數十 至數百微米的孔洞，穿過金屬(陰極)－絕緣體(介電質)－金屬(陽極)的三明治結構

12，如圖2.6 所示。

3. 水溶液電漿¹³

水溶液電漿系統為在液相中或是與液相接觸的放電系統(discharge in or in contact with liquid)，不過其電漿多仍是於氣相中生成，大致可以分為三種型式：(1) 將兩電極置於溶液中，並於電極間直接產生電漿，如圖2.7 (a)所示；(2) 將至少一 個電極以電解質溶液取代，並於兩電極之間之氣相間距內產生電漿，如圖2.7 (b)所 示；(3) 在兩電極之間以通入氣泡，於氣泡內產生電漿，或是以加熱與電解產生氣 泡，於氣泡內產生電漿，如圖2.7 (c)所示。

4. 介電質放電(dielectric barrier discharge)

介電質放電系統之放電形式為絲狀放電或是輝光放電，在此系統中，至少有其 中一個電極是被絕緣材料(介電質)所包覆，其電極與介電質的排列組合多元，如圖 2.8 所示。此隔絕兩電極之介電質層限制了放電電流，而避免了電弧放電的產生，

此外，因電荷會累積於介電質層上，故使用交流電或是脈衝波做為驅動電源，當電 漿生成時會在介電質與表面未附有介電質之電極側之間產生分散且隨機的放電，

因此，平均而言可於兩電極之間產生均勻的電漿。

5. 微電漿噴流(microplasma jet)

微電漿噴流是將氣體通入一窄管並於管內產生電漿後，於窄管的下游處會產 生數公分長、流速遠高於上游氣體流速的電漿噴流¹⁴。以介電質放電型微電漿噴流 為例，最典型之電極設計為在一介電質材料之窄管外之上游與下游處各套有一金 屬電極，以下游為驅動電極、上游為接地電極，此外，亦有將下游之表面作為接地 端(上游無接地電極)、或在噴流之出口端裝設金屬電極等設計¹⁵，如圖2.9 所示。

6. 微電漿陣列(array of microdischarges)^{4, 9, 16}

為因應照明、材料製程、醫學等等需求，將數個微電漿單元透過並聯、串聯、

或是串並聯兼具的方式所排列組成微電漿陣列。Cao 等人 ¹⁷將十組微電漿噴流並 聯，每一組分別有其對應之進氣口與鎮流電阻，且其出口端至下游處待處理之基材 表面(作為接地電極)之距離皆不同，如圖 2.10 所示，在此條件下，其陣列之各組微 電漿噴流具有好的一致性表現，展現其對於三維表面處理之可能性；Vojak 等人¹⁸ 則是將多層金屬(電極)與陶瓷材料或聚合物(介電質)排列後，以一孔洞穿過重複排 列之多組陰、陽極與介電質材料(示意圖如圖 2.11 所示)，而可以有效的在低功率下 得到延伸之放電長度，作為準分子雷射(excimer laser)之媒介⁷。

圖2.5 針尖對平板電漿系統裝置示意圖¹¹。

圖2.6 中空陰極放電系統裝置示意圖¹⁹。

圖2.7 水溶液電漿系統裝置示意圖¹³。

圖2.8 微電漿介電質放電裝置示意圖⁸。

圖2.9 微電漿噴流裝置示意圖¹⁵。

圖2.10 並聯式微電漿噴流陣列¹⁷。

圖2.11 串聯式微電漿系統¹⁸。