氬氣是一種廣泛使用的惰性氣體，具有相對較低的電離能和較重的原子質(zhì)量。它在大氣中含量豐富且易于采購，使其成為等離子工藝中最受歡迎的稀有氣體選擇。惰性氣體固有的惰性，意味著(zhù)它們不會(huì )與其他原子發(fā)生反應或形成新鍵。在等離子體狀態(tài)下，氬氣被電離主要產(chǎn)生Ar ⁺離子，這種等離子體對材料表面的相互作用是一個(gè)純物理濺射的過(guò)程，氬氣等離子體的濺射作用會(huì )大大改變材料表面形貌，增大粗糙度，且效率很高。

氬等離子轟擊物理蝕刻

氬等離子體通過(guò)物理濺射過(guò)程清潔表面，其中重Ar⁺離子以足夠的能量轟擊表面以去除污染物，而不會(huì )與表面引起化學(xué)反應。這與氧等離子體形成鮮明對比，氧等離子體通過(guò)化學(xué)反應過(guò)程清潔表面，其中氧物質(zhì)與表面上的碳和氫結合，形成COx和H2O等揮發(fā)性產(chǎn)物。

氬等離子體的非氧化特性使其成為引線(xiàn)鍵合應用中清潔金屬表面的首選。Ar等離子體可去除焊盤(pán)上的氧化層，同時(shí)不會(huì )與產(chǎn)品元器件發(fā)生化學(xué)反應，最大限度地降低氧化風(fēng)險，保持元件表面的化學(xué)純凈性，不會(huì )造成二次污染，并且增強界面粘合力并提高導電性。

通過(guò)Ar等離子體增加親水性

圖1 氬離子轟擊在 PE 表面留下自由基

與氧等離子體一起，氬等離子體也被廣泛用于增加聚合物材料的親水性。O2等離子體的工作原理是當聚合物置于等離子體環(huán)境中時(shí)，直接向聚合物添加含氧官能團，而氬等離子體首先通過(guò)離子轟擊分離表面原子，從而在聚合物表面形成自由基位點(diǎn)。例如聚乙烯（PE），離子和電子對PE大分子鏈的轟擊導致CH和CC鍵斷裂，并在表面產(chǎn)生自由基位點(diǎn)（如圖1所示）。

圖2 氬等離子處理后暴露于環(huán)境空氣，PE 表面上形成過(guò)氧化物鍵

當經(jīng)Ar等離子體處理的聚合物暴露于環(huán)境空氣中時(shí)，空氣中的氧和水與這些自由基反應形成極性含O基團。PE經(jīng)氬氣等離子體處理后，自由基暴露在空氣中會(huì )形成過(guò)氧化物鍵（如圖2所示）。

聚乙烯(PE)氬等離子體處理效果

PE氬等離子處理前后對比，左邊等離子處理前，右邊等離子處理后

用氬氣等離子體處理PE后，PE水滴角明顯較低，樣品表面的親水性大幅提升。