Dieser Bericht bewegt sich im Bereich der anwendungsorientierten Grundlagenforschung in molekularen Plasmen. Verschiedene Entladungstypen sind in den letzten Jahrzehnten bis zur industriellen Reife entwickelt worden. Oft spielen Niederdruckplasmen eine wichtige Rolle, wobei die Plasmachemie der Neutralteilchen eine Schlüsselfunktion besitzt.
Die hauptsächlich elektronisch induzierten Plasmaprozesse leiten ganze Ketten verschiedener chemischer Sekundärreaktionen ein, die die gesamte Stoffgruppe der Ausgangsmoleküle umfassen. Fast immer ergibt sich eine unüberschaubare Anzahl von Verbindungen, stabilen Molekülen sowie neutralen Radikalen.
Neue Erkenntnisse zeigen sich in detaillierten Modellierungen möglicher chemischer Reaktionen und Messungen neutraler Spezies.
Die anwendungsorientierte Optimierung verlangt ein tieferes Verständnis der Prozesse. Die gebildeten Moleküle sind zu identifizieren und mit höchster Selektivität und Empfindlichkeit zu quantifizieren, auch über einen weiten Dynamikbereich der Konzentrationsmessung.
In kaum vergleichbarer Weise erfüllt die hochauflösende Infrarot-Absorptionsspektroskopie mittels durchstimmbarer Bleisalz-Diodenlaser (TDLAS) die Forderung nach Konzentrationsmessungen stabiler und transienter Moleküle: Ohne Probennahme oder externe Kalibrierung wird die Majorität der Plasmateilchen, die neutralen Moleküle in ihrem Grundzustand, unter Plasmabedingungen, in-situ, experimentell zugänglich.
Eine kürzlich erschienene Veröffentlichung berichtet über die erfolgreiche Zusammenarbeit des Laboratoire d’Engéniere des Materiaux et des Haute Pression an der Université Paris und dem Institut für Niedertemperatur-Plasmaphysik e. V. in Greifswald. [1] Die grundlegende Diagnostikmethode in diamantbildenden Wasserstoff-Methan-Mikrowellenplasmen (f= 2,45 GHz) wurde im Druckbereich von 2,5 bis 12 kPa angewendet. Das Ziel: Der Vergleich eines thermochemischen Modells zur Optimierung der Diamant-Abscheidungsprozesse mit experimentell gewonnenen Absolutkonzentrationen beteiligter Kohlenwasserstoffmoleküle. So konnten neben dem Methylradikal auch anverwandte Moleküle wie Methan, Ethan und Ethin quantifiziert werden. Der Sichtlinien-Charakter der Messung wurde mit einem speziellen eindimensionalen Modell berücksichtigt. Für die plasmachemische Modellierung wurden 28 Spezies und 131 Reaktionen verarbeitet. Die Übereinstimmung der experimentellen Daten mit den Modelldaten ermöglicht eine bessere Beschreibung der chemischen Vorgänge im Plasma, nicht nur im Plasmavolumen selbst, sondern auch in Substratnähe.
1] G. Lombardi, K. Hassouni, G.D. Stancu, L. Mechold, J. Röpcke and A. Gicquel, Plasma Sources Science and Technology 14, 440-450 (2005).
