Computermodellierung eines Plasmafilters zur Verdampfung und Zerstörung von Mikrotröpfchen, die in einen Plasmastrom eingebettet sind

• Antragstellerin: Privatdozentin Dr. Iryna Litovko, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 525228371

Erosive Quellen für dichtes Niedertemperaturplasma zum Erzeugen von Ionen-Plasma-Strömen (Vakuum-Bogen-Typ und lasererzeugtes Plasma) werden verwendet, um viele Arten von funktionellen Beschichtungen zu erzeugen. Sie weisen eine hohe spezifische Leistung auf, bilden aber unter Einschluss von Mikrotröpfchen des Kathodenmaterials (bis zu 60 % Masse) einen staubigen Plasmastrom, der für die meisten Anwendungen ein erhebliches Hindernis darstellt und insbesondere in der Optik und Mikroelektronik kritisch ist, wo Das Vorhandensein von Tropfen ist von grundlegender Natur und ein erhebliches Hindernis für den Erhalt von Qualitätsfilmen. Zur Reduzierung der Tröpfchenkonzentration werden verschiedene mechanische und elektrophysikalische Filter eingesetzt. Sie entfernen effektiv Tröpfchen, die größer als 1 μm sind, ohne signifikanten Verlust des Ionendampfflusses, aber ihre Verwendung zum Entfernen kleinerer Tröpfchen führt zu einer mehrfachen Abnahme der Metallplasmadichte auf dem Substrat. Somit behindern moderne Filtrationsverfahren die effektive Nutzung der hohen Erzeugungsrate des Ionendampfstroms, der erosiven Plasmaquellen innewohnt. Die Verbesserung bestehender Methoden durch alternative Reinigungsmethoden könnte die Laserablations- und Lichtbogenplasmaspritztechnologien revolutionieren. Eine der alternativen Ideen wurde am Institut für Physik(Ukraine) vorgeschlagen und besteht darin, die Grundprinzipien der Plasmaoptik zu nutzen, um ein Filtrationssystem zu bauen, das keine Entfernung der Tröpfchenphase aus der Strömung vorsieht. sondern verwendet es als zusätzliche Plasmastromquelle, was die Leistung des Abscheidungssystems erhöht. Die Hauptidee ist die effektive Zerstörung von Tröpfchen in einem Plasmastrom, der durch das System fließt, durch einen Strahl hochenergetischer Elektronen, die selbstkonsistent in der Nähe der inneren zylindrischen Oberfläche des plasmaoptischen Systems gebildet und entlang des Radius in Richtung der Achse injiziert werden. Diese Idee liegt dem vorgeschlagenen Projekt zugrunde. Die Ziele des Projekts werden eine eingehende theoretische Betrachtung der Strömung von staubigem Plasma in Systemen mit komplexer geometrischer Konfiguration, Computersimulation und Identifizierung der optimalen Bedingungen sein, um zusätzliche Energie in die Plasmaströmung einzubringen, um die darin enthaltenen Tröpfchen zu zerstören. Es ist geplant, analytische Berechnungen und numerische Simulationen des Flusses von staubigem Plasma durch das plasmaoptische System durchzuführen, um vernünftige Schlussfolgerungen zu ziehen, die für die Erstellung eines Plasmafilters zur Erzielung hochwertiger funktioneller Beschichtungen wichtig sind. Die Simulation soll für zwei Systeme mit schnellen Elektronen durchgeführt werden: ein System basierend auf einer elektrostatischen Plasmalinse und einer magnetronartigen Entladung in ExH-Feldern und ein System mit einer Hohlkathode und zwischen den Kathodenwänden oszillierenden eingefangenen Elektronen.

• DFG-Verfahren: WBP Stelle