激光等離子體去除微納顆粒的熱力學(xué)研究*

羅菊 馮國(guó)英 韓敬華 沈雄 張麗君 丁坤艷

(四川大學(xué)電子信息學(xué)院,四川 610065)

微雜質(zhì)污染一直是影響精密器件制造質(zhì)量和使用壽命的關(guān)鍵因素之一.對(duì)于微納米雜質(zhì)顆粒用傳統(tǒng)的清洗方式(超聲清洗等)難以去除,而激光等離子體沖擊波具有高壓特性,可以實(shí)現(xiàn)納米量級(jí)雜質(zhì)顆粒的去除,具有很大的應(yīng)用潛力.本文主要研究了激光等離子體去除微納米顆粒過(guò)程中的熱力學(xué)效應(yīng): 實(shí)驗(yàn)研究了激光等離子體在不同脈沖數(shù)下對(duì)Si基底上Al顆粒去除后的顆粒形貌變化,發(fā)現(xiàn)大顆粒會(huì)發(fā)生破碎而轉(zhuǎn)變成小顆粒,一些顆粒達(dá)到熔點(diǎn)后發(fā)生相變形成光滑球體,這源于等離子體的熱力學(xué)效應(yīng)共同作用的結(jié)果.為了研究微粒物態(tài)轉(zhuǎn)化過(guò)程,基于沖擊波傳播理論研究,得到?jīng)_擊波壓強(qiáng)與溫度特性的演化規(guī)律;同時(shí),利用有限元模擬方式研究激光等離子沖擊波壓強(qiáng)和溫度對(duì)微粒作用規(guī)律,得到了顆粒內(nèi)隨時(shí)間變化的應(yīng)力分布和溫度分布,并在此基礎(chǔ)上得到等離子體對(duì)顆粒的熱力學(xué)作用機(jī)制.

1 引 言

隨著微電子工業(yè)的進(jìn)步,核心部件的特征尺寸不斷縮小,使得部件表面的干凈程度尤為重要[1],如: 高功率設(shè)備中,光學(xué)元件表面污染會(huì)導(dǎo)致激光束質(zhì)量發(fā)生惡化,對(duì)光學(xué)元件造成損傷[2];在半導(dǎo)體工業(yè)中,當(dāng)粘著的顆粒特征尺寸大于最小特征尺寸的1/4時(shí),會(huì)導(dǎo)致器件失效等[3].針對(duì)這些問(wèn)題以及更高效的去除,提出激光等離子體沖擊波清洗(LSC)技術(shù),該技術(shù)是在干式清洗基礎(chǔ)上衍生出的一種比較先進(jìn)的清洗技術(shù),主要優(yōu)點(diǎn)有: 較大的沖擊壓強(qiáng)有利于顆粒的去除;等離子體光譜更有利于納米顆粒的吸收;非接觸式清洗避免了基底的損傷;以及清洗面積有很大的提高等[4].針對(duì)激光等離子體沖擊波去除技術(shù),國(guó)內(nèi)外研究主要是基于沖擊波力學(xué)效應(yīng)進(jìn)行分析,2001年,Lee和Watkins[5]去除粒徑約1 μm的金屬鎢顆粒,解決了利用激光直接輻照對(duì)鎢顆粒清洗效率不高的難題;2002年,Cetinkaya 等[3]去除 0.5—1.2 μm 的 SiO2,提出了顆粒去除三種不同的作用機(jī)理;2016年,韓敬華等[4]模擬了沖擊波,計(jì)算了去除條件.實(shí)際上,由于等離子體本身具有很高的溫度,所以需要將兩者結(jié)合考慮,2005年,Lim等[6]深入分析等離子體沖擊波傳輸理論,研究了不同激光參數(shù)下的沖擊波演化的規(guī)律,對(duì)于微米量級(jí)的顆粒除去結(jié)果與沖擊波的動(dòng)態(tài)發(fā)展過(guò)程進(jìn)行了比較,證實(shí)微納米顆粒的去除過(guò)程與激光誘導(dǎo)的沖擊波動(dòng)力學(xué)有很強(qiáng)的相關(guān)性以及激光等離子體具有高溫高壓特性;2003年Vanderwood和Cetinkaya[7]對(duì)有圖案的基板上進(jìn)行納米顆粒的去除實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)中證實(shí)損傷是由于熱效應(yīng)和機(jī)械效應(yīng)的相互作用造成的.雖然現(xiàn)在對(duì)沖擊波去除微納米顆粒去除已經(jīng)進(jìn)行了大量的研究[8-17],但是大部分都是集中于力效應(yīng)的研究,很少考慮去除熱效應(yīng)以及兩者綜合效應(yīng).本文將在沖擊波去除微納米顆粒的基礎(chǔ)上,討論力效應(yīng)對(duì)顆粒產(chǎn)生的作用以及熱效應(yīng)對(duì)顆粒產(chǎn)生的作用,并且將兩者結(jié)合起來(lái)討論熱力學(xué)效應(yīng)對(duì)顆粒的物態(tài)變化產(chǎn)生的影響.

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 實(shí)驗(yàn)裝置圖

實(shí)驗(yàn)通過(guò)強(qiáng)激光束擊穿空氣產(chǎn)生等離子體沖擊波來(lái)去除光滑Si(硅)樣品表面上的Al(鋁)微納米顆粒.實(shí)驗(yàn)使用的是鐳寶公司生產(chǎn)的Nd: YAG脈沖激光器(輸出波長(zhǎng)為1064 nm,脈寬為12.4 ns,重復(fù)頻率為5 Hz,SGR系列),實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖1所示.

激光脈沖通過(guò)分光片一部分輸入能量計(jì)實(shí)時(shí)檢測(cè),另一部分通過(guò)焦距為200 mm的聚焦鏡進(jìn)行聚焦,并且使其焦點(diǎn)位于實(shí)驗(yàn)樣品的正上方,可以通過(guò)調(diào)整激光脈沖能量和焦點(diǎn)到基底的高度d來(lái)調(diào)節(jié)激光等離子體沖擊波特性(保持激光參量、實(shí)驗(yàn)樣品等參數(shù)不變,通過(guò)調(diào)整激光焦點(diǎn)到基底的高度d進(jìn)行實(shí)驗(yàn),對(duì)去除結(jié)果進(jìn)行觀察,得到在不同情況: 基底損壞、顆粒去除、顆粒相變等下所對(duì)應(yīng)的高度d),從而實(shí)現(xiàn)不同的去除效果.

2.2 實(shí)驗(yàn)樣品制備

將Si片放在去離子水中超聲清洗30 min;在乙醇溶液中放少量的直徑為100 nm的Al粉進(jìn)行超聲清洗,再用磁力攪拌器攪拌3 h;將清洗后的Si片放置在得到的懸浮液中直到乙醇溶液揮發(fā).將得到的試驗(yàn)樣品在電子掃描電鏡(scanning electron microscope,SEM)下進(jìn)行觀察,得到涂有Al納米顆粒的原始樣品的SEM圖如圖2所示.

2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)在溫度28 °C,空氣相對(duì)濕度24% RH的實(shí)驗(yàn)環(huán)境下,進(jìn)行微納米顆粒的去除實(shí)驗(yàn),對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行光學(xué)顯微鏡以及電子掃描電鏡觀察.實(shí)驗(yàn)中,取d為0.3 cm,能量為430 mJ,在不同脈沖個(gè)數(shù)下進(jìn)行激光等離子體沖擊波去除實(shí)驗(yàn)研究,得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果在光學(xué)顯微鏡下進(jìn)行觀察,得到如圖3所示.

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置示意圖Fig.1.Schematic diagram of experimental setup.

圖2 原始樣品的SEM圖(a)整體圖;(b),(c)局部放大圖Fig.2.SEM images of original samples:(a)Overall picture;(b),(c)partial enlarged pictures in(a).

圖3 光學(xué)顯微鏡2000倍下不同脈沖數(shù)的實(shí)驗(yàn)圖(a)1;(b)2;(c)5;(d)10;(e)15;(f)20;(g)30;(h)50;(i)涂有Al顆粒的原始樣品Fig.3.Experimental pictures of different pulse numbers at 2000 x optical microscope:(a)1;(b)2;(c)5;(d)10;(e)15;(f)20;(g)30;(h)50;(i)original sample coated with Al particles.

將1個(gè)脈沖作用(圖3(a))后的光學(xué)顯微鏡圖和原始圖(圖3(i))進(jìn)行比較,可以發(fā)現(xiàn),樣品表面小顆粒個(gè)數(shù)明顯增加,大顆粒也有減小,顆粒粒徑大約從4 μm減小到2 μm左右.將2個(gè)脈沖(圖3(b))和5個(gè)脈沖(圖3(c))作用后的光學(xué)顯微鏡圖同1個(gè)脈沖后的相比較,可以發(fā)現(xiàn),2和5個(gè)脈沖作用后的樣品表面顆粒減少了很多且粒徑也減小了許多,大約從2 μm減小到1 μm左右.到第10個(gè)脈沖時(shí)(圖3(d)),樣品表面顆粒幾乎只有零散的幾個(gè)顆粒,粒徑也減小到500 nm左右.到15脈沖(圖3(e))以至脈沖數(shù)(圖3(f)—圖3(h))更多時(shí),樣品表面顆粒在光學(xué)顯微鏡2000放大倍數(shù)下看不見(jiàn).為了得到隨著脈沖數(shù)的增加,樣品表面顆粒發(fā)生破碎后更微觀的形貌,對(duì)激光作用后的實(shí)驗(yàn)樣品進(jìn)行電子掃描電鏡觀察,得到的結(jié)果如圖4所示.

從1個(gè)脈沖(圖4(a))和2個(gè)脈沖(圖4(b))作用后的電子掃描電鏡圖來(lái)看,樣品表面破殘余的顆粒粒徑比較大,大顆粒在500 nm左右,且樣品表面殘余的顆粒較多.在5個(gè)脈沖(圖4(c))、10個(gè)脈沖(圖4(c))和15個(gè)脈沖(圖4(e))去除后的破碎圖可以看出,此時(shí)樣品表面破碎的顆粒最大粒徑顆粒分別在80—200 nm之間,相對(duì)圖4(b)2個(gè)脈沖去除后殘留的顆粒明顯減小了很多,但是細(xì)碎顆粒的增加使樣品表面看起來(lái)更加致密.增加脈沖個(gè)數(shù)到20個(gè)(圖4(f)),可以發(fā)現(xiàn)樣品表面最大顆粒粒徑已經(jīng)減小到60 nm左右,并且顆粒繼續(xù)減少.繼續(xù)增加脈沖數(shù)到30(圖4(g))和50個(gè)脈沖時(shí)(圖4(h)),最大顆粒粒徑減少到20 nm左右.到50個(gè)脈沖時(shí),樣品表面殘余的顆粒已經(jīng)很少.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明: 樣品表面顆粒在沖擊波作用下顆?？梢匀コ?同時(shí)在力的作用下會(huì)發(fā)生破碎,破碎使樣品表面顆粒變得更加致密,破碎也使樣品表面需去除的顆粒進(jìn)一步減小,而顆粒越小,在相同條件下越難去除.

圖4 不同脈沖下顆粒去除情況的SEM圖(a)1;(b)2;(c)5;(d)10;(e)15;(f)20;(g)30;(h)50Fig.4.SEM images of particle removal under different pulses:(a)1;(b)2;(c)5;(d)10;(e)15;(f)20;(g)30;(h)50.

圖5 顆粒破碎和相變現(xiàn)象的SEM圖(a)破碎;(b)破碎的放大圖;(c)相變1;(d)相變2Fig.5.SEM images of particle fragmentation and melting phenomenon:(a)Fragmentation;(b)the enlargement of fragmentation in(a);(c)phase transition 1;(d)phase transition 2.

沖擊波不僅能使顆粒發(fā)生破碎,其產(chǎn)生的熱也能使顆粒發(fā)生相變,破碎和相變?nèi)鐖D5所示.破碎主要分為兩種: 一種是當(dāng)大顆粒去除時(shí)或未去除時(shí)發(fā)生破碎導(dǎo)致的,此時(shí)破碎的顆粒在黑斑附近形成環(huán)狀的印記(黑斑: 大顆粒去除后的殘留),如圖5(a)和圖5(b)所示(圖5(b)是圖5(a)局部放大);另一種是在顆粒去除過(guò)程中,一些顆粒在沖擊波作用下發(fā)生破碎,生成更小的顆粒,此時(shí)破碎的顆粒四處散落,沒(méi)有規(guī)則,如圖3和圖4所示.顆粒的破碎會(huì)使樣品表面小顆粒增多,導(dǎo)致去除難度增加.相變也主要分為兩種: 一種是當(dāng)沖擊波作用到顆粒時(shí),顆粒達(dá)到熔點(diǎn),直接發(fā)生相變,如圖5(c)所示;另一種是,大顆粒去除后在黑斑附近殘留的細(xì)碎顆粒,再一次在沖擊波的力和熱作用下發(fā)生相變,如圖5(d)所示.將圖5和圖2進(jìn)行比較,可以發(fā)現(xiàn)相變后的顆粒與原始顆粒存在差異,原始大顆粒是由更小顆粒團(tuán)聚而成,或者大顆粒(可能是制作樣品過(guò)程中形成的球狀物)上面黏附著小顆?；蛘咝☆w粒形成的團(tuán)聚物,而相變顆粒成光滑球體有大有小,且球體上無(wú)比較大的顆粒黏附.同時(shí),熔化后的顆粒粒徑大小存在差異,且大顆粒比較容易去除,小顆粒越難去除(需要克服熔化顆粒與基底的黏合力).由以上實(shí)驗(yàn)可見(jiàn),等離子體沖擊波作用后,顆粒在高壓高溫下,會(huì)使顆粒發(fā)生破碎和相變,因此,需要將力和熱效應(yīng)綜合研究.

3 理論分析

微觀等離子體的形成過(guò)程會(huì)在極短的時(shí)間內(nèi),沉積大量的激光脈沖能量,從而使其具有高壓高溫特性,在這種效應(yīng)的綜合下,顆粒會(huì)發(fā)生去除、破碎和相變,下面分別進(jìn)行研究.

3.1 力學(xué)效應(yīng)分析

激光等離子體向外膨脹,從而形成等離子體沖擊波,其傳播可以表示為[18,19]

式中,R表示沖擊波傳播半徑;U表示沖擊波波前傳輸速度,是經(jīng)沖擊波傳播半徑對(duì)時(shí)間t進(jìn)行求導(dǎo)得到的;c是聲速;a是常量氣質(zhì),此處取4/3;M0是爆炸形成沖擊波的瞬時(shí)階段初始沖擊最大馬赫數(shù),是此瞬間的初始半徑.本文使用修正后的Taylor-sedov波前傳播方程,并且考慮環(huán)境的反壓作用,得到的沖擊波傳播時(shí)間與馬赫數(shù)之間的關(guān)系為[20]

其中 ρ0是等離子體密度可取1.3;w是氣體常數(shù),空氣環(huán)境下取2;沖擊波為球面波,N取3.在忽略能量損失的前提下,沖擊波的傳輸壓強(qiáng)可以表示為[6]

其中γ為空氣比熱容,取4/3.考慮不在同脈沖的情況下,由(1)—(5)式可得到?jīng)_擊波波前傳輸壓強(qiáng)和波前傳輸半徑的關(guān)系,如圖6所示.

圖6 沖擊波的傳播(a)沖擊波波前壓強(qiáng)隨傳播半徑的變化;(b)P1為法向壓強(qiáng),P2為切向壓強(qiáng)Fig.6.Propagation of shock wave:(a)Changes in shock wavefront pressure with transmission radius;(b)P1 is the normal pressure,P2 is the tangential pressure.

從圖6(a)可知,在沖擊波的傳播過(guò)程中,沖擊波波前壓強(qiáng)隨著波前半徑的不斷增大而迅速減小,從圖上也可以看出沖擊波傳播范圍在一個(gè)有限的區(qū)域內(nèi),這樣會(huì)限制顆粒的去除范圍.微納顆粒的去除主要是基于沖擊波在平行于基底表面的切向分壓強(qiáng),如圖6(b)中的P2曲線,切向分壓強(qiáng)隨著水平半徑的增大先增大后減小,當(dāng)切向壓強(qiáng)加載到顆粒上時(shí),如果滿足顆粒的去除閾值,顆粒得到去除.垂直于基底表面的法向壓強(qiáng),主要是造成顆粒破碎的分力,如圖6(b)中的P1曲線,該分力隨著半徑的增大逐漸減小.當(dāng)Al納米顆粒的承受壓強(qiáng)達(dá)到0.3 GPa時(shí)[21-23],顆粒會(huì)發(fā)生破碎.但是在樣品制備過(guò)程中由于納米顆粒之間范德瓦耳斯力強(qiáng)烈作用,會(huì)出現(xiàn)納米顆粒團(tuán)聚現(xiàn)象,導(dǎo)致Si基板上的Al顆粒尺寸不再是單一的尺寸,而是存在各種不同的尺寸顆粒,顆粒尺寸越小,越不容易破碎,因?yàn)轭w粒粒徑減小會(huì)導(dǎo)致顆粒與基底接觸區(qū)域內(nèi)單位面積上的范德瓦耳斯力增大,而顆粒單位面積上的沖擊波壓力卻沒(méi)有變化,這樣當(dāng)沖擊波壓力作用到基板上的Al顆粒時(shí),不同大小的顆粒在達(dá)到抗壓閾值后,會(huì)同時(shí)發(fā)生破碎,因而可以在樣品表面發(fā)現(xiàn)殘留的細(xì)碎小顆粒.

下面進(jìn)行基于有限元分析法顆粒破碎模型分析.在有限元分析中,模型中假設(shè)Al納米顆粒為球形,放置于Si片基底上.Al顆粒和Si基底的相關(guān)參數(shù)如表1所列[24,25].

基底 Si大小設(shè)置為 50 μm × 50 μm × 50 μm,并設(shè)置Si片底面和側(cè)面為無(wú)反射邊界.將激光等離子沖擊波轉(zhuǎn)換為壓強(qiáng)加載到顆粒的頂部表面,得到顆粒內(nèi)隨時(shí)間變化的內(nèi)應(yīng)力分布,從而分析不同粒徑的顆粒的損傷破碎特性.

圖7為沖擊波作用到顆粒上時(shí),顆粒內(nèi)部的內(nèi)應(yīng)力傳播圖.從圖7可以看出,當(dāng)沖擊波作用到顆粒表面后會(huì)向顆粒四周以及底部擴(kuò)散,并且在材料的頂部、底部和中心出現(xiàn)了應(yīng)力集中現(xiàn)象.當(dāng)沖擊波傳到顆粒的底部,由于顆粒底部與基底的接觸面極小,使得顆粒底部出現(xiàn)非常嚴(yán)重的應(yīng)力集中現(xiàn)象.隨著時(shí)間的變化,顆粒中某些部位的應(yīng)力集中會(huì)超過(guò)顆粒的抗壓強(qiáng)度(納米顆?？箟簭?qiáng)度0.3 GPa),從而使顆粒發(fā)生破碎,使得大顆粒破碎成一些小顆粒,因而增加了去除的難度,與前面的沖擊波的理論和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中發(fā)現(xiàn)的Al微納米顆粒破碎相符合.

表1 Al顆粒和Si基底的相關(guān)參數(shù)Table 1.Related parameters of Al particles and silicon substrate.

圖7 有限元分析-不同時(shí)間顆粒內(nèi)應(yīng)力分布圖(a)103 MPa;(b)743 MPa;(c)348 MPa;(d)165 MPaFig.7.Finite element analysis-stress distribution in the particles at different times:(a)103 MPa;(b)743 MPa;(c)348 MPa;(d)165 MPa.

3.2 熱效應(yīng)分析

沖擊波傳輸溫度是衡量沖擊波傳輸特性的重要參量,其波陣面溫度的表達(dá)式可以記為[6]

其中RG氣體的普適常量.把(5)式和(7)式代入(6)式,可以得到

沖擊波到達(dá)基板后,與顆粒相互作用,這一過(guò)程中溫度的高低將影響顆粒的狀態(tài).圖8顯示了沖擊波波陣面溫度隨傳播半徑的變換規(guī)律.

納米級(jí)的Al顆粒熔點(diǎn)在900 K左右[26,27],微米級(jí)的Al顆粒熔點(diǎn)在1200—1500 K左右,Si基底的熔點(diǎn)在1570 K左右.由圖8可知,波陣面的初始溫度高達(dá)105K,之后溫度迅速降低,并在傳播距離達(dá)到約3 mm時(shí),沖擊波溫度下降到Al納米顆粒的熔點(diǎn)(1000 K)附近,因此在樣品表面可以發(fā)現(xiàn)熔化顆粒,而Si基底并無(wú)損壞.將沖擊波傳播到顆粒上時(shí)的溫度1000 K加載到顆粒的表面,下面進(jìn)行基于有限元分析法顆粒破碎模型分析.

圖8 沖擊波溫度隨波前傳播半徑的變化Fig.8.Changes in shock wave temperature with wavefront propagation radius.

圖9為沖擊波的熱傳播到顆粒中的過(guò)程.沖擊波的熱作用到顆粒后,從顆粒頂部逐漸向下傳播,顆粒的溫度逐漸升高.由于作用時(shí)間短,當(dāng)沖擊波的熱傳播到基板后,納米顆粒與基板在很短的時(shí)間內(nèi)會(huì)達(dá)到熱平衡,處于相同的溫度狀態(tài),由此可以看出,溫度對(duì)顆粒造成地?fù)p傷影響較小,可以忽略.雖然溫度逐漸達(dá)到平衡,但平衡的高溫足以使實(shí)驗(yàn)樣品表面的Al微納米顆粒發(fā)生相變.在圖9中,紅色部分代表已經(jīng)發(fā)生相變或者正在發(fā)生相變的部分.這與前面的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中發(fā)現(xiàn)Al微納米顆粒相變符合較好.可知,對(duì)沖擊波力和熱的傳輸模擬,不僅可以得到?jīng)_擊波的壓強(qiáng)以及溫度的傳播規(guī)律,為顆粒破碎和相變提供理論基礎(chǔ),也為有限元模擬提供相應(yīng)數(shù)據(jù),如加載到顆粒上的壓強(qiáng)和加載到顆粒上的溫度.

圖9 有限元分析-顆粒相變圖Fig.9.Finite element analysis-particle melting diagram.

當(dāng)?shù)入x子體沖擊波作用到樣品表面時(shí),沖擊波的壓強(qiáng)以及高溫會(huì)使樣品表面顆粒以不同方式得到去除,同時(shí),當(dāng)沖擊波的壓強(qiáng)和溫度同時(shí)到達(dá)樣品表面時(shí),顆粒會(huì)發(fā)生一系列物態(tài)變化,而Si基底不會(huì)出現(xiàn)任何損壞(從溫度來(lái)說(shuō),加載到顆粒上的溫度為1000 K,Si基底的熔點(diǎn)在1570 K左右,從力來(lái)說(shuō),顆粒在高壓沖擊波作用下,內(nèi)應(yīng)力(有限元模擬得到的最高內(nèi)應(yīng)力870 MPa)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于硅基底,因此在相同條件下,Si基底未出現(xiàn)損壞,這也與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符合).沖擊波的高壓會(huì)導(dǎo)致顆粒熔點(diǎn)的變化,壓力越大則熔點(diǎn)越低,甚至顆粒可以在高壓下直接發(fā)生相變,或者高溫下會(huì)使樣品表面的顆粒相變,從而樣品表面顆粒發(fā)生相變,同時(shí),沖擊波的壓強(qiáng)作用到顆粒還會(huì)使顆粒發(fā)生破碎,在高溫作用下,顆?？箟簭?qiáng)度會(huì)減小,這會(huì)導(dǎo)致顆粒在高溫作用下更加容易破碎,從而加速顆粒減小,而顆粒的減小、小顆粒數(shù)量的增加以及顆粒的相變會(huì)使得顆粒去除過(guò)程難度增大,變得更為復(fù)雜.

4 結(jié) 論

通過(guò)多脈沖激光等離子體去除Si基底上的微納米顆粒研究發(fā)現(xiàn): 隨著激光脈沖數(shù)增加時(shí),顆粒會(huì)發(fā)生破碎和相變而導(dǎo)致顆粒尺寸變小且數(shù)量增多,這會(huì)增加顆粒去除的難度,降低去除效率.基于等離子體的熱力學(xué)特性研究,并結(jié)合有限元方法對(duì)顆粒的內(nèi)應(yīng)力和溫度變化特性進(jìn)行模擬發(fā)現(xiàn): 沖擊波作用下,顆粒的內(nèi)應(yīng)力會(huì)集中與顆粒垂直與基底表面的法向軸心處,這會(huì)導(dǎo)致顆粒發(fā)生中心破碎;沖擊波的熱作用會(huì)使顆粒中的溫度達(dá)到熔點(diǎn),導(dǎo)致顆粒發(fā)生相變.實(shí)驗(yàn)與理論研究表明,激光等離子體去除微納米顆粒屬于熱力學(xué)共同作用的結(jié)果,需要兩個(gè)方面進(jìn)行綜合考慮.