Hochratesynthese von Hartstoffschichten auf Siliciumbasis - Qucosa ...

6. Untersuchungsergebnisse
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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-