ATILA

Der ATILA-Reaktor (rechts) ist ein Aufbau zur Untersuchung chemisch reaktiver Plasmen. Es können verschiedene chemische Spezies, Precursoren genannt, eingesetzt werden. Neben den Wasserstoff- und Acetylengasanschlüssen können auch über ein Heizsystem Precursoren in die Kammer eingebracht werden. Typischerweise werden HMDSO [Si2O(CH3)6], ATI [Al(OC3H7)3] oder Chloroparacyclophan im Heizer verdampft. ATI ist der Namensgeber für die ATI-LaborAnlage. Die große Vielseitigkeit der Kammer ermöglicht eine große Bandbreite an Anwendungsgebieten und montierbarer Diagnostiken.

In einer stark asymmetrischen Entladung wird ein kapazitiv gekoppeltes Hochfrequenzplasma (13,56MHz) erzeugt. Je nach Arbeitsgas, meist Argon, bildet sich darin eine komplexe Plasmachemie aus. Dabei entstehen reaktive Zwischenprodukte wie Molekülionen und freie Radikale. Diese können entweder in Volumenpolymerisationsreaktionen zur Bildung makroskopischer Partikel oder zu einer Schichtbildung bzw. Plasmapolymerisation auf Oberflächen führen. Auch die Reinigung, Reduzierung oder Modifizierung von Oberflächen wurde mit der Anlage bereits durchgeführt.

Ein wichtiger Unterschied zwischen üblichen chemischen Reaktionen und plasmaunterstützter Chemie besteht in der Energiequelle. Während üblicherweise die Temperatur die Prozesse aktiviert, liefern in ATILA die heißen Elektronen die notwendige Energie.

Die plasmapolymerisierten Nano- und Mikropartikel können in-situ durch optische Techniken oder elektrische Messungen nachgewiesen werden. Ebenso besteht die Möglichkeit die chemische Zusammensetzung mittels Massenspektroskopie zu erforschen. Die Abscheidung homogener Partikelschichten(Abb. 3) ermöglichen post-situ-Untersuchungen der gebildeten Partikel z.B. mittels Röngtenphotoelektronenspektroskopie (XPS). Auf diese Weise lässt sich die chemische Zusammensetzung der Partikelschichten bestimmen (Abb. 4). Mithilfe von Atomkraftmikroskopie (AFM) kann die Größe der Partikel bestimmt werden. Zur Evaluierung der Dicke von abgeschiedenen Polymerschichten wird ein Profilometer verwendet.

Ziel der Experimente ist ein besseres Verständnis der Partikelbildung und Schichtabscheidung durch die Betrachtung mit möglichst vielen diagnostischen Methoden und die gezielte Beschichtung von Partikeloberflächen. Desweiteren kann der Reaktor aufgrund seiner Vielseitigkeit auch für Machbarkeitsstudien unterschiedlicher Art verwendet werden.

Abb. 2: Partikelfreier Raum ("Void") im Ar/C2H2-Plasma

Abb. 3: Partikelstaub auseinem Ar/HMDSO-Plasma auf der geerdeten Elektrode

Abb. 4: Heizer zur Verdampfung fester und flüssiger Precursoren wie HMDSO

Aktuelles an ATILA

Durch die Zusammenarbeit mit den Materialwissenschaften der Technischen Fakultät steht zur Zeit ein beweglicher Probenhalter zu Verfügung. Dieser ermöglicht die Partikelabscheidung auf einer gekühlten Probe zu definierten Zeitpunkten eines Plasmaprozesses. Dadurch ist das Partikelwachstum erstmals durch post-situ Analysemethoden wie AFM zeitaufgelöst beobachtbar.

Abb. 5: Die Reaktorkammer ATILA links mit Probenhaltergestänge rechts

Abb. 6: Probenhalter in Ar / C2H2 - Plasma