Hochratesynthese von Hartstoffschichten auf Siliciumbasis - Qucosa ...

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124 6. Untersuchungsergebnisse ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Abbildung 73: Temperatur auf der Plasmaachse als Funktion des Brennerabstands beim Einsatz unterschiedlicher Hüll- und Zerstäubergaszusammensetzungen (Zen- tralgas: Ar 21 l/min, Generatorleistung: 25 kW, Kammerdruck: 13,5 kPa) Abbildung 74: Gasgeschwindigkeit auf der Plasmaachse als Funktion des Brennerabstands beim Einsatz unterschiedlicher Hüll- und Zerstäubergaszusammensetzungen (Zentralgas: Ar 21 l/min, Generatorleistung: 25 kW, Kammerdruck: 13,5 kPa)
6. Untersuchungsergebnisse 125 ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Beim Einsatz von Wasserstoff als Zerstäubergas ist auf Grund dessen hoher molarer Enthalpie eine starke Kühlwirkung zu erwarten. Unter der Annahme einer homogenen Verteilung der Gase insbesondere bei hohen Brennerabständen werden allerdings höhere Temperaturen als ohne Zerstäubergaseinsatz ermittelt. Dies lässt sich nicht durch eine zu gering angenommene Wasserstoffkonzentration auf der Plasmaachse erklären, da der Einfluss auf die Temperatur wesentlich stärker als auf die Gasgeschwindigkeit sein müsste. Denn in der Berechnung der Gasgeschwindigkeit wirkt zum einen die ebenfalls zu gering angenommene Molmasse ausgleichend und zum anderen vermindert der Exponent 0,5 den Einfluss der Temperatur. Da die ermittelten Gasgeschwindigkeiten beim Einsatz von Wasserstoff die Werte ohne Einsatz von Zerstäubergas sehr deutlich übersteigen und zum anderen der Wärmeeintrag in die Sonde keine Messungen bei Brennerabständen unter 80 mm zulässt, ist davon auszugehen, dass auch in die Zerstäubergase im Brenner Energie eingekoppelt wird. Auch die ermittelten Brennerabstand-Enthalpie Funktionen für Ar / H2 Gemische im Hüllgas weisen darauf hin, dass in die Zerstäubergase Energie induziert wird, da der Einsatz von Wasserstoff als Zerstäubergas keinen wesentlichen Einfluss auf die Enthalpie hat (Abbildung 75). Dagegen sinkt die Enthalpie beim Einsatz von Stickstoff als Zerstäubergas deutlich. Dementsprechend wird der kritische Wärmeeintrag in die Enhalpiesonde beim Einsatz von Wasserstoff als Zerstäubergas ebenso wie beim Ar / H2 Plasmastrahl ohne Zerstäubergas bei einem Brennerabstand von 60 mm erreicht. Die Kühlwirkung des Stickstoffs ermöglicht Analysen noch bei einem Abstand von 45 mm. Somit nimmt die Wahl des Zerstäubergases und seiner Flussrate nicht nur Einfluss auf die Zerstäubung der Precursoren sondern auch auf die Kühlleistung zum Erreichen einer definierten Substrattemperatur. Unter der Annahme einer homogenen Verteilung der Gase werden bei Brennerabständen von 100 mm für Ar / H2 Plasmen Temperaturen von ca. 3.000 K ermittelt. Dies entspricht nahezu den Temperaturen, die beim Einsatz von stickstoffreichen Ar / N2 Mischungen im Hüllgas erzielt werden. Im Gegensatz zu Ar / N2 Plasmen weisen der Temperaturverläufe der Ar / H2 Plasmen bei Brennerabständen zwischen 60 und 75 mm einen Bereich steiler Temperaturgradienten (bei Annahme einer homogenen Gasverteilung ca. 200 K/mm) auf, was das Kondensieren von Partikeln begünstigt. Auch beim Einsatz von Ar / He Gemischen im Hüllgas kann die Kühlwirkung eines Zerstäubergases nachgewiesen werden. Unter Annahme einer homogenen Verteilung der Gase werden für das reine Plasma bei niedrigen Brennerabständen bis zu 9.000 K ermittelt. Der Einsatz von Stickstoff als Zerstäubergas senkt die Maximaltemperatur auf 6.000 K ab. Unter Berücksichtigung eines höheren Stickstoffgehalts auf der Plasmaachse sind den ermittelten Enthal-
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Lebenslauf 3 ______________________
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Vorwort 5 _________________________
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Abstract 7 ________________________
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Verwendete Indizierung und Konstant
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Inhaltsverzeichnis 11 _____________
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2. Stand der Forschung 13 _________
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