400 Plasmaphysik
401 SOWAS Selbst Organisiertes Wissenschaftliches Arbeiten im Studium der Physik
402 Anwendungsorientierte Plasmaphysik
403 Bestimmung von
Anregungstemperaturen (wird zur Zeit
aufgebaut)
404 -
405 Massenspektrometrie in reaktiven Plasmen
406 Absorbtionsspektroskopie an molekularen Gasen ; ANLEITUNG
407 Optical Plasma Diagnostics
402 Anwendungsorientierte Plasmaphysik
Abscheidung dünner DLC-Schichten mittels Niedertemperaturplasmen
Plasmaabgeschiedene diamantartige Kohlenstoffschichten (DLC-Schichten) haben eine große technische Bedeutung als harte, reibungsarme und daher verschleißhemmende Schutzschichten erlangt. Der Versuch soll eine Einführung geben in die Abscheidung dünner diamantähnlicher Schichten mittels Niedertemperaturplasmen. Der Versuch gliedert sich in zwei Teile. Im Ersten Teil erfolgt eine kurze Einführung in die wesentlichen Aspekte eines Niedertemperaturplasmas. Hierzu soll die Elektronentemperatur aus Linien-intensitätsverhältnissen spektroskopisch bestimmt werden.
Im zweiten Versuchsteil sollen dann mittels einer HF-Entladung dünne DLC-Schichten auf einem SI-Wafer abgeschieden werden. Die Charakterisierung der hergestellten Schichten hinsichtlich Schichtdicke und Brechungsindex erfolgt mit Hilfe eines sogenannten Ellipsometers.
403 Bestimmung von
Anregungstemperaturen
Ein Wasserstoffplasma wird gezielt verändert. Es brennt zwischen zwei
wassergekühlten, kegelförmigen Kupfer-Elektroden variablen Abstands bei
variablem Druck und variabler Stromstärke. Seine Existenzformen reichen
vom nicht-thermischen Bereich bis in das Übergangsgebiet zum
partiell-lokal-thermischen Bereich, von der stromschwachen normalen bis
zur stromstarken, kontrahierten Glimmentladung. Der Plasmazustand in
diesen verschiedenen Bereichen wird spektroskopisch durch Untersuchung
der Balmerlinien ermittelt und mit Hilfe von Anregungstemperaturen
charakterisiert.
405 Massenspektrometrie in reaktiven Plasmen
Reaktive Plasmen sind ein wichtiges Werkzeug für viele moderne Anwendungen etwa aus der Automobil- oder Halbleiterindustrie. Plasma erzeugte Beschichtungen verleihen Werkstücken neuartige Eigenschaften wie besondere Härte oder verhindern die Permeation von Gasen oder Flüssigkeiten durch Kunststoffe. Plasma- Ätzen macht es möglich Nanometer große Strukturen in Silizium zu Ätzen. Zentrale Fragestellung bei der Untersuchung von reaktiven Plasmen ist die Suche nach den dominanten Spezies, die zu einer Beschichtung oder zum Ätzen führen. In einem Plasma wird ein Ausgangsgas dissoziiert und ionisiert und die entstehenden Teilchen treten mit der Oberläche in Wechselwirkung. Dabei können eine Vielzahl von Spezies gleichzeitig zu der Materialsynthese oder zur Erosion beitragen. Die Isolation einzelner Mechanismen vor dem Hintergrund einer sehr komplexen Plasmachemie ist allerdings nicht ohne weiteres möglich. Die Massenspektrometrie ist hierbei eine sehr geeignete Diagnostik, da sie sensitiv für eine Vielzahl von unterschiedlichen Spezies ist. Dies soll in dem vorliegenden Praktikumsversuch thematisiert werden. Als Beispiel wird eine induktiven Methanentladung gewählt. Nach dem Erlernen des Umgangs mit dem Massenspektrometer und der Analyse der Signale von einigen neutralen Quellgasen, soll die Zusammensetzung eines Plasmas in Abhängigkeit von den Prozessparametern untersucht werden. Hierbei soll zusätzlich die sogenannte Schwellenspektroskopie durchgeführt werden, bei der selektiv Radikale in einem Plasma nachgewiesen werden können.
406 Absorptionsspektroskopie an molekularen Gasen
Die Absorptionsspektroskopie wird in vielen Feldern der Physik
angewandt. Mit dieser Methode können absolute Dichten von
Molekülen und Radikalen einfach bestimmt werden.
In der
Plasmaphysik ist die Absorptionsspektroskopie eine
Standard-Diagnostik mit deren Hilfe die chemische Zusammensetzung in
reaktiven Entladungen bestimmt wird. Die Konzentrationen der
einzelnen Spezies sind ausschlaggebend für die Eigenschaften der
produzierten Filme, welche in der Industrie vielfältige
Anwendungen haben.
In diesem Versuch lernt man die Grundlagen
dieser Diagnostik an molekularen Gasen wie Methan oder Acetylen
kennen. Dazu gehören der Umgang mit Laserdioden, die
Untersuchung von verschiedenen Linienprofilen und der Einsatz der
Lock-in-Technik zur Signaloptimierung.
Im
zweiten Versuchsteil wird das Erlernte auf ein reaktives RF-Plasma
angewandt. Es sollen z.B. die Konzentrationen von Kohlenwasserstoffen
in Abhängigkeit von der eingekoppelten Leistung gemessen werden
oder die Zeitabhängigkeit einer chemischen Reaktion untersucht
werden.
407 Optical Plasma Diagnostics
Low temperature plasmas, in particular radio-frequency (rf) discharges, are widely used for technological applications. Fundamental mechanisms are, however, not yet fully understood. Plasma diagnostic techniques are required for detailed investigations and monitoring technologically used plasmas. Optical measurements are a powerful diagnostic tool offering high spatial and temporal resolution.
Optical emission spectroscopy (OES) provides a non intrusive access, to the physics of the plasma, with comparatively simple experimental requirements. Phase resolved OES (PROES), within the rf cycle, of rf plasmas is a rather new diagnostic technique providing information on various plasma parameters and characteristics.
The basic principles of PROES will be discussed. A PROES diagnostic system will be set up and aligned. A typical experiment on a current research plasma will be carried out. A relatively simple analysis of the measured data, applying a collisional radiative model, yields information on the various power coupling mechanisms within the plasma.