Technische Plasmen at RWTH Aachen | Flashcards & Summaries

Lernmaterialien für Technische Plasmen an der RWTH Aachen

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TESTE DEIN WISSEN

Definition des Plasmas

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TESTE DEIN WISSEN

Als Plasma bezeichnet man im Allgemeinen ein teilweise oder vollständig ionisiertes Gas, welches gleichzeitig die Bedingung der Quasineutralität erfüllt, sowie ein kollektives Verhalten aufweist.


Quasineutralität: Die Dichte der positiven und negativen Ladungen in einem Plasma ist ungefähr gleich groß

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TESTE DEIN WISSEN

Beispiele für natürliche & technische Plasmen

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TESTE DEIN WISSEN

Beispiele für natürliche Plasmen
Polarlichter
Blitze
Sonnencorona & Sonnenwinde

Beispiele für technische Plasmen
Beleuchtung: Gasentladungslampen, Leuchtstoffröhren
Medizin, Biologie, Nahrungsmittelindustrie: Entkeimung, Sterilisation,
Diffusionssperren
Plasmagestützte Beschichtungsverfahren: APS, PVD, PECVD
Plasmaätzen von: Halbleitern, optischen Werkstoffen
Plasmachemietechnik: Polymerisation, Aktivierung von CO 2 , Funktionalisierung von
Fluiden

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TESTE DEIN WISSEN

Technishce Anwendungen der Plasmatechnik

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TESTE DEIN WISSEN

- Wund und Ekzembehandlung

- Kunststoffvorbehandlung für hartfestes Bedrucken

- Reaktives Ionenätzen für die Photovoltaik, Halbleiterindustrie und Mikrosystemtechnik

- Plasmasterilisation für z.B. medizinische Produkte

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TESTE DEIN WISSEN

Das Plasma wird auch als vierter Aggregatzustand bezeichnet. Nennen und beschreiben Sie
die vier Aggregatzustände.

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TESTE DEIN WISSEN

Festkörper: Feste Bindung der Ionen und Atome an Gitterplätze

Flüssigkeit: Die losen gebundenen Moleküle und Atome weisen immernoch eine starke Wechselwirkung auf

Gas: Hohe Verdünnung und praktisch keine Wechselwirkung zwischen den Teilchen

Plasma: Ein Teil der Atome ist in Ionen und Elektronen zerfallen 

- elektrische Leitfähigkeit

- Kollektive Effekte

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TESTE DEIN WISSEN

Nennen Sie die wichtigen Kenngrößen im Plasma.

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TESTE DEIN WISSEN

Druck p

Mittlere freie Weglänge (lambda)

Teilchendichte ne, ni, ng

Teilchentemperaturen Te, Ti, Tg

Ionisationsgrad (eta)

Debyelänge (lambdaD)

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TESTE DEIN WISSEN

Plasmen lassen sich aufgrund ihrer Teilchendichte bzw. ihres Druckes oder nach dem
Ionisierungsgrad unterteilen. Nennen Sie jeweils die Kategorien.

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TESTE DEIN WISSEN

Unterteilung nach Druck p ( p = kb*T*n)

- Niederdruckplasma p << 1kPa

- atmosphärisches Plasma p ~ 100 kPa

- Hochdruckplasma p >> 100 kPa


Unterteilung nach Ionisationsgrad eta = ne/(ne + n0)
- schwach ionisierte Plasmen eta << 1

- stark ionisierte Plasmen eta ~1

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TESTE DEIN WISSEN

Benennen und beschreiben Sie die drei Phasen des PVD
Prozesses

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TESTE DEIN WISSEN

Erzeugung der Gasphase

Durch Einbringung von Energie wird das Material in die Gasphase überführt


Transportphase

Beschreibt die Bewegung und Vorgänge in der Gasphase befindlicher Teilchen. Dazu gehören Atome, Ionen, Atomcluster etc. Die Eigenschaften des Plasmas (Druck, mittlere freie Weglänge, etc.) beeinflussen maßgeblich die Transportphase


Kondensation

Bildung der Beschichtung durch Kondensation der gasförmigen Schichtpartikel auf dem Substrat. Reaktion von Schichtpartikel mit dem Reaktivgas und Bildung einer Reaktionsschicht (z.B. nitridisch, oxidisch, karbidisch)

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TESTE DEIN WISSEN

Nennen Sie die Vorteile von gepulsten Plasmen
im Beschichtungsprozess

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TESTE DEIN WISSEN

- Energieeintrag über uni- oder bipolares elektrisches Feld

- Bessere Möglichkeiten der Prozesskontrolle

- Erhöhung der Ionisation

- Erhöhung der Metallionenanzahl


Anwendungen: 

- PVD-Oberflächenbeschichtung

Sputtern von Leitern und Nichtleitern

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TESTE DEIN WISSEN

Nennen Sie typische Anwendungen für
rf Plasmen

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TESTE DEIN WISSEN

- Sputtern von NIchtleitern (geringe Sputterrate=

- PE-CVD, Oberflächenreinigung, Sterilisation, Polymerisation

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TESTE DEIN WISSEN

Nennen Sie die wichtigsten Methoden zur Plasmadiagnostik

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TESTE DEIN WISSEN

Optische Spektroskopie

Massenspektroskopie

Langmuirsondendiagnostik

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TESTE DEIN WISSEN

Nennen Sie die Anwendungsgebiete der Plasmadiagnostik

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TESTE DEIN WISSEN

Bestimmung der Plasmaparameter

Modellverifikation

Regelung von Prozessen

Monitoring / Prozessüberwachung

Bestimmung des Einflusses von Prozessparametern auf Plasmaparameter

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TESTE DEIN WISSEN

Nennen Sie das Prinzip und die Vorgehensweise einer OES (optische Emissionsspektroskopie) Messung

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TESTE DEIN WISSEN

Spektrale Zerlegung des vom Plasma ausgehenden Lichts in die einzelnen Wellenlängen


- Beugung des Lichts am Gitter/Plasma

- Die Peaks aus den Spektren lassen sich bestimmten Elektronenübergängen des chemischen Elements zuordnen

--> Bestimmung der chemischen Zusammensetzung des Plasmas

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Q:

Definition des Plasmas

A:

Als Plasma bezeichnet man im Allgemeinen ein teilweise oder vollständig ionisiertes Gas, welches gleichzeitig die Bedingung der Quasineutralität erfüllt, sowie ein kollektives Verhalten aufweist.


Quasineutralität: Die Dichte der positiven und negativen Ladungen in einem Plasma ist ungefähr gleich groß

Q:

Beispiele für natürliche & technische Plasmen

A:

Beispiele für natürliche Plasmen
Polarlichter
Blitze
Sonnencorona & Sonnenwinde

Beispiele für technische Plasmen
Beleuchtung: Gasentladungslampen, Leuchtstoffröhren
Medizin, Biologie, Nahrungsmittelindustrie: Entkeimung, Sterilisation,
Diffusionssperren
Plasmagestützte Beschichtungsverfahren: APS, PVD, PECVD
Plasmaätzen von: Halbleitern, optischen Werkstoffen
Plasmachemietechnik: Polymerisation, Aktivierung von CO 2 , Funktionalisierung von
Fluiden

Q:

Technishce Anwendungen der Plasmatechnik

A:

- Wund und Ekzembehandlung

- Kunststoffvorbehandlung für hartfestes Bedrucken

- Reaktives Ionenätzen für die Photovoltaik, Halbleiterindustrie und Mikrosystemtechnik

- Plasmasterilisation für z.B. medizinische Produkte

Q:

Das Plasma wird auch als vierter Aggregatzustand bezeichnet. Nennen und beschreiben Sie
die vier Aggregatzustände.

A:

Festkörper: Feste Bindung der Ionen und Atome an Gitterplätze

Flüssigkeit: Die losen gebundenen Moleküle und Atome weisen immernoch eine starke Wechselwirkung auf

Gas: Hohe Verdünnung und praktisch keine Wechselwirkung zwischen den Teilchen

Plasma: Ein Teil der Atome ist in Ionen und Elektronen zerfallen 

- elektrische Leitfähigkeit

- Kollektive Effekte

Q:

Nennen Sie die wichtigen Kenngrößen im Plasma.

A:

Druck p

Mittlere freie Weglänge (lambda)

Teilchendichte ne, ni, ng

Teilchentemperaturen Te, Ti, Tg

Ionisationsgrad (eta)

Debyelänge (lambdaD)

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Q:

Plasmen lassen sich aufgrund ihrer Teilchendichte bzw. ihres Druckes oder nach dem
Ionisierungsgrad unterteilen. Nennen Sie jeweils die Kategorien.

A:

Unterteilung nach Druck p ( p = kb*T*n)

- Niederdruckplasma p << 1kPa

- atmosphärisches Plasma p ~ 100 kPa

- Hochdruckplasma p >> 100 kPa


Unterteilung nach Ionisationsgrad eta = ne/(ne + n0)
- schwach ionisierte Plasmen eta << 1

- stark ionisierte Plasmen eta ~1

Q:

Benennen und beschreiben Sie die drei Phasen des PVD
Prozesses

A:

Erzeugung der Gasphase

Durch Einbringung von Energie wird das Material in die Gasphase überführt


Transportphase

Beschreibt die Bewegung und Vorgänge in der Gasphase befindlicher Teilchen. Dazu gehören Atome, Ionen, Atomcluster etc. Die Eigenschaften des Plasmas (Druck, mittlere freie Weglänge, etc.) beeinflussen maßgeblich die Transportphase


Kondensation

Bildung der Beschichtung durch Kondensation der gasförmigen Schichtpartikel auf dem Substrat. Reaktion von Schichtpartikel mit dem Reaktivgas und Bildung einer Reaktionsschicht (z.B. nitridisch, oxidisch, karbidisch)

Q:

Nennen Sie die Vorteile von gepulsten Plasmen
im Beschichtungsprozess

A:

- Energieeintrag über uni- oder bipolares elektrisches Feld

- Bessere Möglichkeiten der Prozesskontrolle

- Erhöhung der Ionisation

- Erhöhung der Metallionenanzahl


Anwendungen: 

- PVD-Oberflächenbeschichtung

Sputtern von Leitern und Nichtleitern

Q:

Nennen Sie typische Anwendungen für
rf Plasmen

A:

- Sputtern von NIchtleitern (geringe Sputterrate=

- PE-CVD, Oberflächenreinigung, Sterilisation, Polymerisation

Q:

Nennen Sie die wichtigsten Methoden zur Plasmadiagnostik

A:

Optische Spektroskopie

Massenspektroskopie

Langmuirsondendiagnostik

Q:

Nennen Sie die Anwendungsgebiete der Plasmadiagnostik

A:

Bestimmung der Plasmaparameter

Modellverifikation

Regelung von Prozessen

Monitoring / Prozessüberwachung

Bestimmung des Einflusses von Prozessparametern auf Plasmaparameter

Q:

Nennen Sie das Prinzip und die Vorgehensweise einer OES (optische Emissionsspektroskopie) Messung

A:

Spektrale Zerlegung des vom Plasma ausgehenden Lichts in die einzelnen Wellenlängen


- Beugung des Lichts am Gitter/Plasma

- Die Peaks aus den Spektren lassen sich bestimmten Elektronenübergängen des chemischen Elements zuordnen

--> Bestimmung der chemischen Zusammensetzung des Plasmas

Technische Plasmen

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