Kalte atmosphärische Plasmen für die Materialsynthese: Erzeugung von Silizium-Quantenpunkten und partikelfreie Dünnschichtabscheidung

• Antragsteller: Professor Jan Benedikt, Ph.D., seit 2/2022
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 426208229

Das Ziel dieses Forschungsprojekts ist es, plasmachemische Prozesse zu charakterisieren und zu verstehen, die zur Bildung von Nanopartikeln oder Abscheidung dünner Schichten in kalten (Nichtgleichgewichts-) Atmosphärenplasmen (CAPs) oder in der plasmainitiierten Photochemie führen. Das gewonnene Wissen wird zur Erzeugung ultrakleinen (<4 nm) Nanopartikel und dünne Filme von guter Qualität benutzen. Diese Ziele werden durch Untersuchung ausgewählter Modellpartikelerzeugungs- und Dünnfilmabscheidungsprozesse erreicht, die durch die Kombination modernster in situ Diagnostiken in zwei parallelen Projekten, die von zwei Doktoranden durchgeführt werden, analysiert werden.Die erste Doktorandin/Der erste Doktorand wird die Erzeugung von Silizium Nanokristalle (Si-NCs) in optischer Qualität mit kontrollierbarer Größe und Oberflächenpassivierung untersuchen. Die Erzeugung von Si-NCs dient als Modellprozess, bei dem Kristallgröße und Passivierung der Oberfläche ihre optischen und elektrischen Eigenschaften stark beeinflussen. Das Wachstum von ultra-kleinen (<4 nm) Einkristall-Si-NCs wird speziell in einem flexiblen Dualplasmasystem mit separater NC-Erzeugung und -Behandlung angestrebt. Für die Analyse steht ein hochmoderner 1-nm-Scanning-Mobility-Particle-Sizer (1-nm-SMPS) zur Verfügung, bei dem die Nachweisgrenze nahe einem Teilchendurchmesser von 1 nm die Lücke zwischen der gewöhnlichen Quadrupol-Massenspektrometrie und dem SMPS schließt. Die optischen Eigenschaften der erzeugten Si-NCs werden mit einem Kooperationspartner an der Tschechischen Akademie der Wissenschaften untersucht.Die zweite Doktorandin/Der zweite Doktorand wird plasmachemische Prozesse bei der CAP-basierten Abscheidung von partikelfreien Dünnfilmen aus HMDSO/O2, C2H2- oder SiH4-Gasen untersuchen, einschließlich der ersten Versuche zur Dünnfilmabscheidung aus einem durch Vakuum-UV initiierten photochemischen Prozess, einem neuartigen Abscheidungsverfahren mit CAP als Quelle der Vakuum-UV-Photonen. Die modernste Schwellen-Ionisations-Molekularstrahl-Massenspektrometrie (MBMS) wird als Diagnosemethoden mit der 1 nm SMPS- und der Fourier-Transform-InfraRed-Spektroskopie (FTIR) kombiniert.Beide PhDs profitieren gegenseitig von der Möglichkeit, die fortgeschrittenen Diagnoseverfahren des Parallelprojekts und deren Fachwissen auf den Gebieten der Partikelbildung und der Plasmabildung einzusetzen. Die Ergebnisse dieses Projekts werden sein: i) besseres Verständnis der Bildung von Nanopartikeln und der Abscheidung von Dünnfilmen mittels CAPs und ii) verbesserte (Doppelplasmasystem zur Erzeugung ultrakleiner NCs) oder neue (Vakuum-UV-initiierte Photochemie) Material Synthesemethoden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Tschechische Republik
• Kooperationspartnerin: Dr. Katerina Herynková
• Ehemaliger Antragsteller: Dr. Sadegh Askari, Ph.D., bis 1/2022