Plazma Nedir?
Plazma “maddenin dördüncü hali” olarak tanımlanabilir, çünkü sıvı, katı ya da gaz değildir.
Genel olarak, düşük basınçlarda (üst atmosferde ve flüoresan lambalarda olduğu gibi) veya çok yüksek sıcaklıklarda (yıldızlarda ve nükleer füzyon reaktörlerinde olduğu gibi), toplam elektrik yükünün neredeyse hiç olmamasına neden olan oranlarda pozitif iyonlardan ve serbest elektronlardan oluşan iyonize bir gazdır.
Bir plazma, iyonlar, elektronlar, nötr gaz atomları veya molekülleri, UV ışığı ve ayrıca büyük miktarda iç enerji taşıyabilen uyarılmış gaz atomları ve molekülleri içerir.
Bu bileşenlerin tümü, plazma işlemi sırasında yüzeyle etkileşime girebilir. Plazma işleminin etkileri gaz karışımını, gücü, basıncı vb. değiştirilerek tam olarak ayarlanabilir veya belirlenebilir.
Plazma evrende bol miktarda bulunsa da, dünyada rastlanması nispeten nadirdir. Yıldırım ve auroralar, doğal yollarla oluşan plazmanın başlıca örnekleridir.
Plazma Teknolojisinin Kullanılması
Organik yüzey kirleticilerinin uzman olmayanlarca görülmesi pek mümkün değildir, ancak bu kirleticiler bir nesnenin diğer malzemelerle etkileşime girme kabiliyetini büyük ölçüde etkiler. Bir yüzeyi plazma işlemden geçirdiğimiz zaman, bu kirleticileri ortadan kaldırabiliriz.
Bununyanı sıra plazma işlemi sayesinde yüzey şekillendirilerek ıslanabilirliği (wettability) artırılabilir veya azaltılabilir. Bu da nesnenin yüzeyinde herhangi bir tip baskı, boyama veya kaplamanın tutunmasını sağlar.
Birçok üniversite, eğitim ve laboratuvar çalışmaları için çeşitli substratları plazma işlemine tabii tutmaktadır. Ayrıca, plazma işlemi tıbbi tesisler ve yeni tıbbi prosedürler üzerinde çalışan araştırma laboratuvarları tarafından da uygulanır.
Üretim tesisleri, yapıştırma veya baskı işleminden önce ürünlerini tamamen temizlemek için plazma işlemlerini kullanır. Örneğin, tıbbi kateter üreten bir tesis büyük olasılıkla birbirine bağlanmadan önce kateteri ve hortumu temizlemek için vakum plazma teknolojisini kullanacaktır.
Bu, bağı güçlendirir ve dayanıklı, kaliteli bir ürün sağlar. Küçük entegre devre (IC) yongaları üretilirken, plazma dağlama yalnızca birkaç atom kalınlığında bir malzeme katmanını oymak için kullanılır. Nano IC çipleri, transistörler arasında 10nm kadar az olan temiz odalarda plazma kullanılarak üretilmektedir.
Bu çok kesin ve düzgün bir üretim süreci gerektirir. Aşındırma işlemini istenen düzende bloke etmek için bir fotorezist kullanılır ve bu şekilde yalnızca fotorezistin bulunmadığı alanların oyulması, aşındırılması sağlanır. Bu işlem, herhangi bir desenin titizlikle, en az veya hiç hata yaşanmadan işlenmesine imkan tanır.
Vakum Plazma İşlemi Nasıl Yapılır?
Bir ürünü plazma işlemine tabii tutmak için ilk önce plazma yaratılır. Kapalı, düşük basınçlı vakumlu bir plazma kabininin içine bir gaz veya gaz karışımı eklenir. Bu gazlara daha sonra bir elektrot dizisi arasında üretilen RF (radyo frekansı) gücü ile enerji verilir.
Bu gazlardaki aktif iyonlar hızlanır ve titremeye başlar. Bu titreşim, odadaki yüzeyleri kirletici maddelerden arındırır. Bu işlem sırasında, uyarılan gaz molekülleri ve plazmadaki atomlar tarafından UV ışığı yayılır. Plazmanın parlamasına sebep olan budur.
Sıcaklık kontrol sistemleri genellikle aşındırma oranını kontrol etmek için kullanılır. 60 ila 90 derece santigrat arasındaki sıcaklıklarda yapılan işlem, ortam sıcaklığındaki plazma işlemine göre dört kat daha hızlı olabilmektedir.
Sıcaklığa duyarlı olan veya sıcaklığa duyarlı bileşenleri kullanan parçalar için, plazma aşındırma işlemi on beş dereceye kadar düşürülebilir.
Tüm sıcaklık kontrol sistemlerinin önceden programlanmış ve plazma sisteminin yazılımına entegre edilmiş versiyonları da sektörde sıklıkla kullanılmaktadır. Ayarlar, işlemin kolayca çoğaltılması için her bir plazma tarifiyle kaydedilir.
İşlemde değişiklikler, kabine farklı gazlar sokularak yapılabilir. Yaygın olarak kullanılan gazlar arasında O2, N2, Ar, H2 ve CF4 bulunur. Tekil olarak veya bir arada kullanılan bu beş gaz, plazma işlemi için dünyadaki laboratuvarların çoğunluğunda kullanılır.
Plazma işlemi genellikle yaklaşık beş ila sekiz dakika sürer. Plazma işleme işlemi tamamlandığında, bir vakum pompası ile işlem sonucu ortaya çıkan kirleticiler emilir ve ortamdan çıkarılır. Haznenin içindeki kalan ürünler ise artık temiz, sterilize edilmiş ve yapıştırmaya veya daha ileri işlemlere hazır durumdadır.
Plazma Temizliği Nedir?
Plazma temizliği, bütün organik maddelerin bir nesnenin yüzeyinden plazma adı verilen iyonize bir gaz kullanılarak uzaklaştırılması işlemidir. Bu genellikle oksijen ve / veya argon gazı kullanan bir vakum odasında gerçekleştirilir.
Temizlik işlemi, katı kimyasallar içermediğinden çevre açısından güvenli bir işlemdir. Plazma sıklıkla, yüzeyin bağlanabilirliğini daha da artırmak için temizlenmekte olan yüzeyde bir serbest radikal bırakır.
Plazma Külü Nedir?
Plazma küllemesi (ashing), temizlik veya üretim işlemleri sırasında ürünlerden karbonun çıkarılmasıdır. Yüksek frekanslı bir plazma temizleyicide oksijen, organik maddenin yüzde 100’ünün plazma tarafından uzaklaştırılmasını sağlamak için kullanılır.
Çıkarılan tüm kirleticiler, vakum sistemi tarafından odanın dışına pompalanır. Plazma küllemesinin amacı, su buharı ve uçucu karbon oksitler dahil olmak üzere organik maddeleri tamamen uzaklaştırmaktır.
Oksijen plazması, organik maddenin %100’ünü giderir ve numunede hiçbir artık bırakmaz. Ancak işlemden önce numunede inorganik kirletici maddeler varsa, bunlar hala numunede bulunacaktır. Plazma külleme her zaman oksijen (O
2) gazı ile yapılır.
Bir metorit dilimi, organikleri dış yüzeylerden arındıran bir oksijen plazma temizleyicisinin içine yerleştiriliyor. Görsel Kaynak: NASAJPL-Caltech
Kirlilik / Kirlenmenin Giderilmesi
Düşük basınçlı plazma temizliği düzgün, güvenli ve ekonomik bir yöntemdir.
Dökme malzemenin özelliklerini etkilemeden işlenmiş substratların yüzeyinden kirletici maddelerin çıkarılmasına yarar.
Plazma, devre kartı endüstrisinde, konformal kaplamalardan önce PCB temizliği ve paketleme işlemi sırasında kurşun çerçevelerin temizliği de dahil olmak üzere yaygın olarak kullanılır.
Plazma işleme, diğer yüzey temizleme tekniklerine göre önemli avantajlar sağlar. Çok çeşitli malzemeler (metaller, plastikler, camlar, seramikler, vb.) için kullanılabilir.
Bu çevre dostu bir seçimdir. Plazma temizliği, tehlikeli kimyasal çözücülere olan ihtiyacı ortadan kaldırır.
Diğer işleme yöntemlerinin çevresel tehlikelerini ele almak zorunda kalmadan önemli ölçüde maliyet tasarrufu sağlanabilir.
Oksijen genellikle uygun bir işlem gazıdır. Solventlerin işlemden sonra bir kalıntı bırakabileceği durumlarda, plazma temizleyici tamamen kalıntı içermeyen bir son ürün sağlayabilir.
İşlem, kalıp salıcı ajanları, antioksidanları, karbon kalıntılarını, yağları ve tüm organik bileşik çeşitlerini elimine eder.
Bir MEMS cihazının yüzeyi, karbon kirletici maddeleri uzaklaştırmak için parlak mavi oksijen plazma ile temizlenir. (100mTorr, 50W RF) Görsel Kaynak: Maxfisch / CC 0 1.0
Plazma Sterilizasyonu
Bir plazma temizleyici, mikrobik kirlenmenin giderilmesi için en iyi çözümdür.
Pek çok tıbbi ve üretim tesisi, agresif yüzey aktif cisimlerini ve organik çözücüleri büyük ölçüde üstün kıldığı için plazmaya dayanır.
Diğer sterilizasyon yöntemlerinin kolayca rekabet edemediği bir eşitlik ve titizlik düzeyi sağlar.
Plazma sistemleri yüzey gerilimi kısıtlamaları nedeniyle solventlerin ulaşaöayacağı alanlara nüfuz ederek üstün sonuçlar üretebilir.
Oksijen Argon Plazma Temizleme vs. Hidrojen Plazma Temizliği
Farklı gaz türlerinin (oksijen, argon, azot, hidrojen, helyum vb.) kullanılmasıyla plazma, substrat yüzeyinde çeşitli özellikleri değiştirebilir.
Bu özellikler aşağıdakileri içerir ancak bunlarla sınırlı değildir:
• Modifiye yüzey gerilimi / yüzey enerjisi / temas açısı özellikleri.
• Geliştirilmiş yüzeyler arası yapıştırma ve yapışma.
• Hidrojen plazma, oksidin cam veya metal ürünlerden uzaklaştırılmasında son derece etkilidir.
• Hidrofiliklik veya hidrofobi oluşturmak için değiştirilmiş yüzey ıslanabilirliği (sıvıların yapışkanlığının arttırılması veya azaltılması) - ön işleme, boyama ve kaplama uygulamalarında yararlıdır.
• Kaplama işlemleri: yapışma, ıslanabilirlik, korozyon ve aşınma direnci, elektriksel iletkenlik ve yalıtım, manyetik tepki, yansıtıcı / yansıtıcı, yansıma önleyici, mikrobik, çizilmez, su yalıtımı, renklendirme, vb.
Plazma Aktivasyonu
Plazma aktivasyonu, boyanma veya üzerine baskı kabiliyetini arttırmak için bir polimerin işlenme sürecidir. Bu, polimerin dış katmanını oksitlemek için oksijen plazması kullanılarak yapılır. Kolayca oksitlenen metallerde, argon kullanılır.
Bu sadece temiz bir ürün üretmekle kalmaz, aynı zamanda kutup gruplarında da bir artış meydana getirir ve böylece polimer ürününün basılabilirliğini ve birlikte çalışabilirliğini doğrudan arttırır. Oksijen argon plazması, plazma aktivasyonu için de kullanılır.
Hazırlayan: B. Serhat Cengiz
Kaynakça
• www.tstar.com/materials-surface-enhancements
• www.sciencedirect.com/topics/engineering/chemical-finishing
• www.henniker-plasma.nl/en/plasma-technology
• tantec.com/the-basics-of-plasma-treatment.html
• pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.8b00184
• pluto.space.swri.edu/image/glossary/plasma.html5
