Teilprojekt 2

Grundlagen der Reaktionskinetik von schichtbildenden Atmosphärendruckplasmen

In diesem Teilprojekt werden reaktionskinetische Phänomene bei der plasmagestützten Schichtabschei­dung unter Normaldruck, insbesondere bei Einsatz von siliziumorganischen Precursoren untersucht. Der Einsatz von vorrangig spektroskopischen Untersuchungen an lokal wirkenden, modulierten Normaldruckplasmen soll zur Aufklärung örtlich und zeitlich veränderlicher molekularer Reaktionsmechanismen führen, wobei drei Bereiche, (a) das Primärplasma, (b) der Effluent unmittelbar vor der Oberfläche und (c) das Abgas in die Bilanzierung der zeitabhängigen plasmachemischen Prozesse einbezogen werden sollen. Die wesentliche Methode zur Untersuchung der Reaktionskinetik wird auf einer molekularen Multi-Komponenten-Diagnostik unter Anwendung der Laserspektroskopie beruhen.

Ziele

  • Entwicklung von Diagnostiken zur Charakterisierung der reaktionskinetischen Phänomene lokal wirkender modulierter Atmosphärendruckplasmen
  • Aufklärung der Reaktionskinetik von transienten Spezies und stabilen Molekülen, die bei der Dissoziation siliziumorganischer Moleküle entstehen
  • Analyse und Bilanzierung der Reaktionsabläufe
  • Untersuchung der Wechselwirkung der Moleküle mit der wachsenden Schicht

Entwicklung einer Multi-Komponenten-Molekül-Diagnostik mittels Laserspektroskopie im mittleren Infrarot

Prinzip der resonatorbasierten Spektroskopie, I0 – eingestrahlte Intensität, L0 - Spiegelabstand, R – Reflektionsgrad, L – Absorptionsweg , a - Absorptionskoeffizient
© Leibnitz-Institut für Plasmaforschung und Technologie e. V. Greifswald (INP)

Prinzip der resonatorbasierten Spektroskopie, I0 – eingestrahlte Intensität, L0 - Spiegelabstand, R – Reflektionsgrad, L – Absorptionsweg , a - Absorptionskoeffizient

Vorgehensweise

  • Entwicklung einer Diagnostik für einen quantitativen Zugang zur Reaktionskinetik transienter Spezies auch in ihrer Reaktion mit Oberflächen auf extrem kurzen Zeitskalen (ns - ms) mittels gepulster Quantenkaskadenlaser (QCL)
  • Entwicklung der Diagnostiken zur Erreichung sehr hoher Sensitivitäten durch resonatorbasierte Absorptionsspektroskopie, wie der Cavity Enhanced Absorption Spectroscopy (CEAS), die kontinuierlich emittierende QCL (cw-QCL) und External-Cavity-QCL (EC-QCL) als Strahlungsquelle verwendet

Untersuchung des exemplarischen Systems der lokalen Abscheidung von SiO2-Schichten mittels des Ar-Plasmas eines nichtthermischen Plasmajets (nt-APPJ) mit HMDSO als Precursor

Kalter HF AP Plasma Jet
© Leibnitz-Institut für Plasmaforschung und Technologie e. V. Greifswald (INP)

Kalter HF AP Plasma Jet

Vorgehensweise

  • Einsatz von spektroskopischen Methoden wie Ortsaufgelöste Optische Emissionsspektroskopie und Infrarot-Absorptionsspektroskopie-Methoden im mittleren Infrarot
  • Identifikation der wichtigsten Spezies in Ar/O2/HMDSO-Plasmen und Aufdecken der Reaktionspfade als Grundlage der Formulierung der Reaktionskinetik
  • Ermittlung räumlicher Profile beim nt-APPJ zur Abschätzung von Ratenkoeffizienten in Zusammenarbeit mit TP3

Bestimmung von Spezieskonzentrationen in anderen TP sowie Beratung

Vorgehensweise

  • Da die im Projekt durch TP2 entwickelte und einge­setzte Infrarotmesstechnik transportabel ist, sind Messungen in den Anlagen anderer Teilprojekte zur Unterstützung beim Erreichen des globalen Projektziel geplant.

Angestrebte resultierende Ergebnisse

Es wird eine theoretische Beschreibung der bei der Untersuchung der molekularen Plasmen und ihrer Wechselwirkung mit Oberflächen gefundenen experimentellen Ergebnisse angestrebt, zur Schaffung der Grundlagen einer verbesserten Gasausnutzung.