Plenarvorträge - DPG-Tagungen

Plasmaphysik Montag
induktiv gekoppelte (DICP) Anordnung aufgebaut, mit der umfangreiche
Sterilisations- und Modifikationsprozesse durchgeführt wurden.
Die ausgewählten Substratmaterialien waren Polylactid als bioresorbierbarer
Werkstoff, ultrahochmolekulares Polyethylen (UHMWPE) für
die Knieprothetik sowie zahlreiche weitere medizinisch relevante Werkstoffe.
Die ausgewählten Testkeime waren u.a. B. subtilis (DSM 2277),
B. stearothermophilus, A. niger sowie viele weitere krankenhausrelevante
vegetative Formen.
Die umfangreichen Experimente zur Sterilisation und Oberflächenvernetzung
der UHMWPE Implantate wurden begleitet durch umfangreiche
Diagnostiken mit einer Langmuirsonde (APS3), einem Plasmamonitor
(Hiden Analytical) und mittels der optischen Spektroskopie.
P 3.20 Mo 17:45 Foyer
Räumlich und zeitlich aufgelöste Spektroskopie an reaktiven
Strahlplasmen bei Atmosphärendruck — •H.-E. Wagner1 , D.
Pasedag1 , R. Brandenburg1 , P. Michel1 , K.V. Kozlov2 , A.
Baalmann3 , G. Ellinghorst3 und U. Lommatzsch3 — 1Institut für Physik der Universität Greifswald, 17489 Greifswald — 2Department of Chemistry, Moscow State University, 119992 Moscow, Russia —
3Fraunhofer Institut für Fertigungstechnik und Materialforschung, 28359
Bremen
Ein bei etwa 15 kHz und Atmosphärendruck in Luft sowie Stickstoff
betriebener Plasmastrahl wird in der aktiven Zone und dem aus einer
Düse austretenden abklingenden Strahl elektrisch, spektroskopisch und
mittels GC/MS untersucht. Diese Strahlplasmen werden u.a. zur Oberflächenbearbeitung
eingesetzt. Das aktive, nichtthermische Plasma hat
eine hohe Gastemperatur (Rotationstemperaturen TR = 2500...5500K).
Der relaxierende Strahl enthält O-Atome im Prozentbereich. Sie werden
vermutlich vor allem über die thermische Dissoziation in der aktiven Zone
erzeugt. Indikator für die Atome ist ein charakteristisches gelbes Leuchten
von NO∗ 2, welches über den Prozess O+NO+M → NO∗ 2+M gebildet
wird. Über GC/MS wird in Luft ein NO-Anteil von ca. 900 ppm nachgewiesen.
Die Raum-Zeit aufgelösten Spektren zeigen signifikante Unterschiede
im aktiven und abklingenden Plasma. Der Vergleich der Ergebnisse
in Luft und Stickstoff ermöglicht Rückschlüsse auf die dominanten
Elementarprozesse, die Bestimmung der Strahl-Austrittsgeschwindigkeit
sowie der Gastemperatur direkt an der Düsenöffnung.
P 3.21 Mo 17:45 Foyer
On the influence of argon addition on microwave hydrogen plasmas
obtained under moderate pressure conditions — •Andrei
V. Pipa 1 , Guillaume Lombardi 2 , Xavier Duten 2 , Khaled Hassouni
2 und Jürgen Röpcke 1 — 1 INP-Greifswald, 17489 Greifswald,
Germany — 2 LIMHP, CNRS-UP 1311 Universite Paris-Nord, 93430 Villetaneuse,
France
Moderate-pressure hydrogen plasmas are of great interest in many thin
film deposition processes. In such plasmas hydrogen is usually processed
as the major component in a mixture involving other gases. In particular,
argon is often used either as an active component of the gas mixture or
as a probing species that can help via its emission to characterize the
plasma and monitor the processes. In this last case, often a small admixture
of Ar is considered as not influencing plasma parameters. The
aim of this work was to investigate the validity of this assumption in
the case of moderate pressure argon-hydrogen microwave discharges. For
this purpose a one-dimensional non-equilibrium transport model for this
discharge type was developed. This model was used to determine the spatial
distribution of the main plasma parameters such as gas temperature,
species densities and electron temperature. Results showed that a small
amount of Ar (less then 1%) can considerably affect the density of atomic
hydrogen, and even the gas temperature for specific discharge conditions.
The collision and transport phenomena leading to this non linear effect
of argon have been investigated by analyzing the contribution of Ar on
the different hydrogen dissociation channels.
P 3.22 Mo 17:45 Foyer
Chemical reaction studies of CH4/N2 gas mixture in a dielectric
barrier discharge — •Abhijit Majumdar, J.F. Behnke, and
Rainer Hippler — Institut für Physik, Universität Greifswald
Chemical reactions in a CH4/N2 gas mixture inside a dielectric barrier
discharge (DBD) plasma have been studied by means of mass spectrometry.
The DBD plasma has been created at medium pressure of 250-300
mbar in a rectangular reactor employing 5.7 kV pulses at 5 kHz. Most
notable is the comsumption of CH4 and the production of H2 molecules.
In addition, formation of heavier hydrocarbons like CnH2n+2 with n up
to 8 is observed in the mass spectrum.
P 3.23 Mo 17:45 Foyer
Zeitaufgelöste Diagnostik von CF2-Radikalen in C2F6/H2-
Plasmen einer gepulsten RF-Entladung mittels IR-Diodenlaserspektroskopie
(TDLAS) — •Onno Gabriel, Konstantin Li
und Jürgen Meichsner — Institut für Physik, Domstr. 10a, 17487
Greifswald
Der Einfluß der CFx-Radikale (x=1..3), insbesondere der des
CF2-Radikals auf die Beschichtungskinetik bzw. das Ätzverhalten in
Fluorkohlenstoff-RF-Plasmen ist bis heute nicht vollständig verstanden.
In unserer Arbeit verwenden wir eine gepulste 13.56 MHz RF-
Entladung und C2F6 mit einer Zumischung von H2 als Modellgas bei
Drücken zwischen 10 und 100 Pa. Ein in situ Ellipsometer dient der
Messung der Beschichtungsrate auf der RF-Elektrode und ein mit durchstimmbaren
Diodenlasern arbeitendes IR-Absorptionsspektroskopie-
System (TDLAS) der parallelen Messung absoluter Radikaldichten im
Gasraum.
Die Zeitauflösung des TDLAS-Systems im Bereich von 1–10 ms erlaubt
die Erfassung der Abklingkurven der CF2-Dichte in den Plasmaoff-Phasen
der gepulsten Entladung. Untersucht wird der Einfluß der Prozeßparameter
Druck, Gasfluß und RF-Leistung sowie der Pulsparameter
(Perdiodendauer, Puls-Pause-Verhältnis) auf die Radikalkinetik und die
Beschichtungsrate.
Mittels eines einfachen kinetischen Modells werden die Verläufe der
CF2-Dichte in der Plasma-off-Phase beschreiben und dadurch Bruttoratenkoeffizienten
gewonnen.
P 3.24 Mo 17:45 Foyer
Beeinflussung von Plasmaeigenschaften durch elektrochemisches
Pumpen von O-Atomen durch einen Ionenleiter
— •s. Peters 1 , M. Rohnke 2 , K. Dittmann 1 , J. Janek 2 und
J. Meichsner 1 — 1 Institut für Physik, Universität Greifswald —
2 Physikalisch-Chemisches Institut, Universität Gießen
Wechselwirkungen von reaktiven Niedertemperaturplasmen mit einem
festen Ionenleiter lassen interessante und neue Grenzflächenphänomene
erwarten. So zeigt z.B. das in Hochtemperaturbrennstoffzellen eingesetzte
Yttrium stabilisierte Zirkonoxid (YSZ) ab 400 ◦ C Sauerstoffionen-leitende
Eigenschaften. Gleichzeitig kommt es zu einer Modifizierung der Plasmaeigenschaften.
Den Ausgangspunkt für die vorliegende Arbeit bilden
Untersuchungen an einem YSZ-Kristall, der im Gegensatz zu den bisherigen
Sauerstoffatmosphären erstmalig einem RF-Sauerstoffplasma ausgesetzt
war. In Folge wurde ein bis zu 100 mal höherer Sauerstoffaustausch
mit dem Kristall gemessen [1]. Die Ursache könnte ein direkter
Einbau von atomarem Sauerstoff aus dem Plasma in den Kristall sein.
Dieser zusätzliche Verlustprozess sollte zu einem veränderten Konzentrationsverlauf
des atomaren Sauerstoffs vor der Kristalloberfläche führen.
In einer kapazitiv gekoppelten RF-Entladung bei 13, 56 MHz diente die
geerdete Elektrode zur Probenaufnahme. Messungen räumlicher Dichteverteilungen
mittels Laser-induzierter Fluoreszenz Spektroskopie zeigten
einen verstärkten Abfall der O-Konzentration ab einer Heiztemperatur
von 500 ◦ C, was auf den beschriebenen Vorgang zurückzuführen ist. [1]
M.Rohnke, J. Janek, J.A. Kilner, R. Chater, Solid State Ionics, in press
(2003).
P 3.25 Mo 17:45 Foyer
Raum- und Zeitaufgelöste atomare Sauerstoffkonznetrationsverteilungen
in einem rf-Plasma — •S. Peters, B. Krames und
J. Meichsner — Institut für Physik, Universität Greifswald
In einem Niedertemperaturplasma ist der Transport ungeladener reaktiver
Spezies, wie der des Sauerstoffatoms diffusionsbestimmt. Interessant
sind insbesondere die elektrodennahen Gebiete der in dieser Arbeit
verwendeten kapazitiv gekoppelten rf-Entladung in Sauerstoff. Hier
kommt es aufgrund von Verlustprozessen an den Elektroden zu einem
anisotropen Transportverhalten der Sauerstoffatome. Dies spiegelt sich in
den mittels Laser-induzierter Fluoreszens Spektroskopie (TALIF) gemessenen
räumlichen Konzentrationsverteilungen der O-Atome wider. Als
Folge lassen sich abhängig von den Plasmaparametern und dem Elektrodenabstand
die axialen Dichteverläufe über einen empirischen Ähnlichkeitsparameter
beschreiben. An den Elektrodenrändern findet sich
symmetrisch ein radiales Dichtemaximum, dessen Position mit steigender
Selfbias-Spannung tiefer in den räumlichen Afterglow der Entladung
wandert. Im zeitlichen Verlauf nach Plasmazündung (gepulster Entladungsbetrieb)
kommt es ebenfalls zu einer Verschiebung dieses Maximums
in Richtung Elektrodenrand. Erst ab einem zeitlichen Delay von
20 ms erreichen Erzeugungs- und Verlustprozesse ein Gleichgewicht, das
eine dem cw-Betrieb vergleichbare Profilform zeigt.