Der Nachweis des Methylradikals CH3, eines der wichtigsten Bestandteile kohlenwasserstoffhaltiger Plasmen, stellt besondere Herausforderungen an die Messtechnik. Insbesondere die Bestimmung von absoluten CH3-Konzentrationen ist seit vielen Jahren ein Forschungsgegenstand weltweit, da diesem kurzlebigen Radikal eine Schlüsselrolle bei der Abscheidung von Diamantschichten zugeschrieben wird. Synthetische Diamantschichten besitzen vielfältige Anwendungen, so z.B. als Wärmesenken in der Halbleiterindustrie.
Bei der Konzentrationsmessung der reaktiven CH3-Radikale, die oft nur in sehr geringen Konzentrationen von 1010-1011 Teilchen/cm3 auftreten, haben sich Bleisalz-Laserdioden bestens bewährt.
Seit kurzem ist die Messung der absoluten Teilchenkonzentration erstmals sehr genau möglich. Dieser grundlegende Fortschritt konnte am Institut für Niedertemperatur-Plasmaphysik e.V. Greifswald (INP) in Kooperation mit der Universität Cambridge, U.K., durch die verlässliche Bestimmung der Linienstärke der v2 Fundamentalbande bei 606 cm-1 durch die Nutzung von Bleisalz-Laserdioden erreicht werden. Dazu wurde das Übergangsdipolmoment µ2 aus der Analyse von 9 einzeln aufgelösten rovibronischen Absorptionslinien gemessen, siehe Abbildung 1.
Abbildung 1:
Übersichtsspektrum einiger Absorptionslinien des CH3-Radikals aus dem Q-Zweig (J= K). Die unterbrochene Linienform zeigt das CO2- und N2O-Kalibrationsspektrum [1].
Zu diesem Zweck wurde das Methylradikal in einem Mikrowellen-Argonplasma (f = 2.45 GHz) aus Butylperoxid hergestellt. Die Molekülkonzentration wurde aus der CH3-Rekombination, die innerhalb von Millisekunden abläuft und zur Bildung von Ethan führt, bestimmt. Die experimentellen Werte des Dipolmoments sind in sehr guter Übereinstimmung mit theoretischen Voraussagen. [1]
[1] G. D. Stancu, J. Röpcke and P. B. Davies, Journal of Chemical Physics 122, 014306 (2005).
Mit der Absorptionsspektroskopie mittels durchstimmbarer Laserdioden sind viele physikalische Messgrößen zugänglich, wie die absolute Linienposition und -stärke optischer Übergänge, die absolute Teilchenkonzentration und deren Abklingverhalten auch für Zeitregime-instabile Spezies, die kinetische Temperatur, die Rotations- und Vibrationstemperatur sowie grundlegende Molekülparameter wie Bandenzentren, Dipolmoment und magnetische Parameter bei Linienaufspaltung im elektrischen oder magnetischen Feld.
