Strömungskinematik in Hohlkathoden - Plasmajet - Entladungen für Oberflächenprozesse

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Jürgen Engemann
• Subject Area: Metallurgical, Thermal and Thermomechanical Treatment of Materials
• Term: from 1999 to 2003
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5208030

Die Leistungsfähigkeit von Plasmaquellen für die Materialwissenschaft /-technologie wird nach heutigem Stand bevorzugt auf der Basis der elektrischen Leistungsbilanz bewertet. Dieses Vorgehen impliziert eine homogene Gasströmung bei gleichzeitig fester Residenzzeit von Primär-Gaspartikeln im plasmaanregenden Volumen. Eine derartige Annahme ist unzureichend und realitätsfern. Die daraus resultierenden Schwierigkeiten werden besonders deutlich bei sich ändernden Betriebsparametern der Quellen, sich ändernden Lastzuständen (Beladung mit Substraten und generell der geometrischen Skalierung.Mehr noch: Ziel muß sein, das gesamte Plasmasystem, welches die plasmaerzeugenden Komponenten als Subsystem enthält, zu berücksichtigen. Sowohl die elektrische Leistungskopplung mit dem Plasma als Last als auch die gleichzeitig präsente Druck- und Geometrie abhängige Gasströmung im Gesamtsystem sind simultan zu berücksichtigen.Am Beispiel einer im fmt entwickelten und technologisch relevanten 13,56 MHz Hohlkathoden Plasmajet-Plasmaquelle (HCD L-300) sollen erste Schritte in dieser Richtung, i.e. einer umfassenderen Feld- und Strömungssimulation gegangen werden, um eine bessere Basis für die Konzeption leistungsfähigerer Plasma- und Radikalenquellen bei gleichzeitiger Berücksichtigung des gesamtem Prozeßraumes in einem ausgedehnten Arbeitsdruckbereich zu erhalten. In arbeitsmethodischer Reihenfolge umfaßt dies: 1. Implementierung eines CFD-Programmpaketes (FLUENT, Fa. Fluent Inc., Lebanon, NH, USA), 2. Berücksichtigung atomarer und molekularer Gase (Strömungsverhalten und -geschwindigkeiten, Verweildauer der Spezies im System) und 3. Korrelation der Strömungssimulation mit Ergebnissen aus Feldrechnungen (MAFIA, Fa. CST-Gesellschaft für Computer Simulationstechnik mbH, Darmstadt).

• DFG Programme: Research Grants