Quantifizierung der VUV- und Teilchenflüsse in Niederdruckplasmen für Oberflächenbehandlungen

• Antragsteller: Dr. Roland Friedl
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 326321085

In Niederdruckplasmen die zur Oberflächenbehandlung eingesetzt werden, kann die im Plasma entstehende UV- sowie insbesondere die VUV-Strahlung eine entscheidende Rolle bei der Wechselwirkung mit der Materialoberfläche spielen. Zur Optimierung des Plasmaprozesses ist es daher wichtig, die auftretenden Photonenflüsse energieaufgelöst zu quantifizieren und Möglichkeiten zu haben, diese zu beeinflussen. Dazu sind jedoch VUV-Spektro¬meter erforderlich, die einen direkten Zugang zur Plasmakammer benötigen und zudem vor Ort aufwändig intensitätskalibriert werden müssen. Grundlegende wellenlängenaufgelöste Untersuchungen zu Photonenflüssen in Prozessplasmen beschränken sich daher bisher auf ausgewählte Spezialfälle oder auf Simulationen. Im Rahmen dieses Projekts werden deshalb die UV- und VUV-Flüsse in Plasmen, die relevant für Oberflächenbehandlungen sind, spektral aufgelöst quantifiziert und systematisch mit den auftretenden Teilchenflüssen verglichen. Darauf basierend wird ein portables Messinstrument entwickelt, mit dem die relevanten VUV/UV-Flüsse an Prozessplasmen zugänglich werden.Die systematischen Untersuchungen finden an einem dedizierten Laborexperiment mit den zur Charakterisierung der Flüsse notwendigen Diagnostiken statt: intensitätskalibrierte Emissionsspektroskopie vom VUV- bis in den NIR-Bereich, eine verfahrbare Langmuirsonde sowie energieaufgelöste Massenspektrometrie. Die Messungen werden von Stoß-Strahlungs-Modellierung unter Berücksichtigung der Reabsorption von emittierten Photonen unterstützt, um die maßgeblichen Plasmaparameter zu identifizieren, die die Strahlung bestimmen. Parallel dazu wird der Prototyp eines kompakten VUV-Messsystems zur energieaufgelösten Quantifizierung von VUV/UV-Flüssen an Prozessplasmen entwickelt. Das System basiert dabei auf einer VUV-sensitiven Photodiode sowie auswechselbaren Filtern, die auf die zu untersuchenden Prozessgase abgestimmt sind. Das Laborexperiment bietet dabei die einzigartige Möglichkeit, das System gegen das absolutkalibrierte VUV-Spektrometer kalibrieren zu können. Zur Demonstration der Anwendbarkeit an Prozessplasmen wird das System abschließend an drei verschiedenen Experimenten zur Oberflächenbehandlung eingesetzt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich(e): Professorin Dr.-Ing. Ursel Fantz
• Kooperationspartner: Professor Dr.-Ing. Peter Awakowicz