等離子體化學反應即在放電氣體中發生的反應。對常溫常壓條件下的氣體通過高溫加速電子加速離子給物質以能量,物質被解離成陰、陽離子的狀態。當氣體電離生成電子正離子一般在段時間內發生結合,回到中性分子狀態,這個過程產生的電子、離子的一部分能量以電磁波等不同形式消耗,在分子離解時常生成自由基,生成的電子結合中性原子,分子形成負離子。因此,整個等離子體是電子正負離子激發態原子,原子以及自由基的混合狀態。因為各種化學反應都是在高激發態下進行的,與經典的化學反應完全不同。這樣使等離子體的原子或分子的本性通常都發生改變,即使是較穩定的惰性氣體也會變得具有很強的化學活潑性。在電場中加速運動的電子和離子具有很大的動能,可以更好的除去表面的氧和殘留的碳等雜質。
氫氣做為活潑氣體,其等離子體具有很強的化學反應活性,氫氣等離子體形成的過程如下:H2→H2+e(1.1)
H2→2H(1.2)
H2+e→H2+e(1.3)
H2+e→H2+hv+e(1.4)
H2+e→2H+e(1.5)
H2+e-H+H++2e(1.6)
式1.1表示氫氣分子在得到外界能量后變成氫氣陽離子,并放出自由電子的過程。式1.2表示氫氣分子在得到外界能量后分解形成兩個氫原子自由基的過程。式1.3表示氫氣分子在具有高能量的激發態自由電子作用下轉變成激發態。式1.4一則表示激發態的氫氣分子進一步發生轉變,式1.5中,氫氣回到通常狀態的同時發出光能紫外線。式1.5中,激發態的氫氣分子分解成兩個氫原子自由基。式1.6表示氫氣分子在激發態自由電子的作用下,分解成氫原子自由基和氫原子陽離子的過程。當這些反應連續不斷發生,就形成里氫氣等離子體。當然實際反應要比這些反應式描述的更為復雜。
氫氣等離子體清洗過程中起作用的除了氫原子,氫離子和電子外,還有處于激發狀態的電中性的氫原子或原子團(又稱自由基),以及氫等離子體發射出的光線。因此易于與材料表面的物質反應形成新的物質,如水、碳氫化合物等。另外,氫原子是選擇性的與材料表面的污染物如（C、O）、等反應,并以揮發性的CHx和H2O兩種形式消除掉。24450