Hochratesynthese von Hartstoffschichten auf Siliciumbasis - Qucosa ...

6. Untersuchungsergebnisse
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Einfluss der Prozessparameter
Im Folgenden werden die Einflüsse der Prozessparameter auf die Plasmabedingungen anhand
von Profilen entlang der Plasmaachse eines Brenners untersucht. In den Abbildungen 49 und
50 sind die Temperatur- bzw. Gasgeschwindigkeitsprofile reiner Argonplasmen bei konstanter
Brennerleistung und variiertem Kammerdruck einander gegenübergestellt.
Bei einem Druck von 40,0 kPa verjüngt sich der Querschnitt hoher Plasmatemperaturen bis zu
einem Abstand von 50 mm von der Ebene der Brennerdüsenaustritte. Zu höheren Abständen
nimmt der Querschnitt zu. Im Gasgeschwindigkeitsprofil ist ein solcher Effekt nicht nachweisbar.
Die Aufweitung des Querschnitts hoher Temperaturen wird nur bei niedrigen
Kammerdrücken und demzufolge hohen Gasgeschwindigkeiten und einer geringen Wahrscheinlichkeit
von Wechselwirkungen mit Atomen der Umgebung beobachtet. Im Profil der
Gasgeschwindigkeiten wird nur die Komponente in Richtung der Achse des vereinigten
Plasmastrahls erfasst. Dass der Aufweitungseffekt nur im Temperaturprofil beobachtet wird,
bedeutet, dass in Abhängigkeit von den Prozessparametern nach dem Vereinigen der Plasmastrahlen
nicht zu vernachlässigende radiale Geschwindigeitskomponenten vorliegen.
Mit zunehmendem Kammerdruck nimmt der Querschnitt des Plateaus hoher Plasmatemperaturen
und -gasgeschwindigkeiten ab. Bei einem Kammerdruck von 93,3 kPa schrumpft das
Plateau auf eine dünne Linie zusammen. Der laterale Temperaturgradient entlang der Achse
des vereinigten Plasmastrahls nimmt mit steigendem Druck zu. In Bezug auf den radialen
Temperaturgradienten können zwei Zonen unterschieden werden. In der inneren Zone, im
Kern des vereinigten Plasmastrahls, ist der Temperaturgradient bei niedrigen Kammerdrücken
sehr flach, während an der Begrenzung des Strahls sehr steile Gradienten nachgewiesen werden.
Mit zunehmendem Kammerdruck nimmt die Ausdehnung der inneren Zone flacher Temperaturgradienten
bei Zunahme des Gradienten ab. Gleichzeitig nimmt auch der Gradient am
Rand des Plasmastrahls ab. Ein steigender Kammerdruck erhöht die Wahrscheinlichkeit von
Wechselwirkungen der hochenergetischen Teilchen des Plasmas mit den kalten Teilchen der
Umgebung, woraus kürzere Plasmastrahlen resultieren. Dabei nimmt der axiale Temperaturgradient
zu, während in lateraler Richtung ein Übergang von steilen Temperaturgradienten an
den Strahlrändern zu einer gleichmäßigen, flach abfallenden Temperaturfunktion erfolgt.
Das Absenken des Plasmastroms von 300 A auf 200 A pro Brenner bewirkt durch den einhergehenden
Spannungsabfall eine ca. 40%ige Abnahme der Generatorleistung. Das entsprechende
Temperaturprofil (Abbildung 51) weist wesentlich niedrigere Temperaturen auf. Das
Profil für niedrige Plasmaleistungen setzt bereits bei einem Brennerabstand von 30 mm an.
Analog zu den geringeren Temperaturen sinkt auch die Gasgeschwindigkeit.