Hochratesynthese von Hartstoffschichten auf Siliciumbasis - Qucosa ...
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2. Stand der Forschung<br />
39<br />
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2.3.4 Keimbildung im Plasmastrahl<br />
Neben der Keimbildung <strong>auf</strong> einem Substrat kann auch bereits im Plasmastrahl Keimbildung<br />
<strong>auf</strong>treten. Wie bereits unter 2.3.1 erläutert, kann die Bildung niedermolekularer Verbindungen<br />
gegenüber dem reinen Dampf atomarer Spezies energetisch begünstigt sein. Diese Verbindungen<br />
können bei ausreichender Übersättigung des Dampfes zu stabilen Partikeln anwachsen.<br />
Seit den späten 80er Jahren werden Untersuchungen zur Modellierung und mathematischen<br />
Beschreibung der Partikelbildung in thermischen Plasmastrahlen durchgeführt.<br />
Girshick et al. begannen mit eindimensionalen Modellen die Wirkung der sich verändernden<br />
Bedingungen innerhalb eines thermischen Plasmastrahls sowohl für metallische Systeme, am<br />
Beispiel <strong>von</strong> Eisen [Gir88, Gir89], als auch für keramische Systeme am Beispiel <strong>von</strong> MgO<br />
[Gir90] zu untersuchen. Auf Grund der Eindimensionalität konnten nur mittlere Temperatur-<br />
Zeit-Funktionen berücksichtigt werden. Der Einfluss radialer Monomerbewegungen in Folge<br />
konzentrationsgradientenbedingter Diffusion oder Thermophorese (Beschleunigung eines<br />
Teilchens in kalte Zonen in Folge <strong>von</strong> richtungsabhängig unterschiedlichen Impulsüberträgen<br />
<strong>auf</strong> Grund <strong>von</strong> Temperaturunterschieden in seiner Umgebung) kann ebenso wenig berücksichtigt<br />
werden wie Einflüsse durch Monomer- und Partikelverluste in Folge der Deposition<br />
<strong>auf</strong> Reaktorwänden, die sich <strong>auf</strong> den Monomerpartialdruck des zu synthetisierenden Materials<br />
auswirken.<br />
Die Modelle gehen <strong>von</strong> einer vollständigen Dissoziation der Ausgangsstoffe, wie es in thermischen<br />
Plasmen möglich ist, ausschließlich elektrisch neutralen und kugelförmigen Partikeln<br />
sowie einer konstanten Abkühlrate im betrachteten Temperaturintervall aus. Für das Partikelwachstum<br />
wird eine untere Grenztemperatur festgelegt. Das Bilden <strong>von</strong> Aggregaten in Folge<br />
van der Waals´scher Kräfte wird nicht berücksichtigt.<br />
In einem ersten Ansatz gehen Girshick et al. [Gir88] da<strong>von</strong> aus, dass das Verdampfen <strong>von</strong><br />
Partikeln gegenüber ihrer Kondensation vernachlässigbar ist. Für den Beginn des Ereignisses<br />
der Partikelkondensation wird das Erreichen eines bestimmten Übersättigungsverhältnisses<br />
der Dampfphase festgelegt. Von diesem Zeitpunkt an werden alle Stoßprozesse der Ausgangsteilchen<br />
als effektiv vorausgesetzt. Das bedeutet, dass zwei Teilchen mit x bzw. y<br />
Monomeren bei ihrem Zusammentreffen zu einem Partikel mit z = x + y Monomeren<br />
koagulieren. Dieses Modell gibt Aufschluss über die generellen Zusammenhänge zwischen<br />
den Prozessbedingungen und dem resultierenden Partikeldurchmesser. Die wesentlichen Faktoren<br />
zur Kontrolle der Partikelgröße sind die Abkühlrate und der Partialdruck des zu synthetisierenden<br />
Stoffs.
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