Mikrostrukturierte Fingerelektroden als Plasmaquellen

Prozessfähige, nichtthermische Atmosphärendruckplasmen ermöglichen es, die aus der Plasmatechnik bereits bekannten Verfahren wie Plasmaätzen, PECVD oder Oberflächenaktivierung und -modifizierung ohne den hohen Aufwand für Vakuumtechnik durchzuführen. Mikrostrukturierte Elektroden (MSE) können mit einer Hochfrequenzquelle durch ihre geringen Elektrodenabstände im μm-Bereich auch mit niedrigen Spannungen homogene, nichtthermische Plasmen bei hohen Arbeitsdrücken bis hin zum Atmosphärendruck erzeugen. Diese Arbeit zeigt einen neuen Ansatz zur Herstellung mikrostrukturierter Elektroden in Form einer kammartig verzahnten Fingerstruktur auf. Im Gegensatz zu früheren Arbeiten wurde UV-Tiefenlithographie in Verbindung mit mikrogalvanischen Techniken verwendet. Die verschiedenen hergestellten Geometrien und verwendeten Materialkombinationen endeten schließlich in 100 μm dicken Elektrodensystemen aus Aluminiumoxid und Nickel und können bei Atmosphärendruck nichtthermische Plasmen erzeugen. Als Anwendung der MSE wurde die Abgasentsorgung für Trockenätzprozesse mit Fluorchemie in Mikroreaktoren aus Foturan untersucht. Die Entsorgung beruht auf einer Zersetzung der fluorhaltigen Abgase im Plasma der mikrostrukturierten Elektroden, wobei diese in einen Mikroreaktor integriert wurden. Dadurch lassen sich gegenüber den bisher eingesetzten thermischen Verfahren u. a. die hohen Energiekosten für das Brennergas einsparen. Mit den Mikroreaktoren ließen sich hohe Abbauraten von 90 % erreichen. Diese konnten mit einem Simulationsmodell nachvollzogen werden, das auch Anhaltspunkte für Geometrieverbesserungen des Reaktors lieferte. Die Prozesserfahrungen bezüglich der Herstellung mikrostrukturierter Plasmaquellen am IMT wurden genutzt, um Mikrohohlkathoden zu fertigen und zu testen. Mit diesen konnten erstmals Plasmen bis zu einem Druck von 1900 mbar erzeugt werden. Als Resultat der im Projektverlauf gesammelten Erfahrungen und neu geschaffenen Prozessierungsmöglichkeiten wurde ein verbessertes Konzept des Mikroreaktors in einen Herstellungsprozess umgesetzt. Der gefertigte Mikroreaktor konnte in einem ersten Test hohe Umsatzraten erreichen, wobei noch eine hohe Steigerung zu erwarten ist. In dieser Arbeit wurden MSE entwickelt und angwendet. Grundlegende Gestaltungsregeln wurden dargestellt und die Anwendbarkeit auf die Plasmaprozessierung unter Atmosphärendruck demonstriert. Die Ergebnisse dieser Arbeit stellen die erste Studie der betrachteten MSE zu diesem Zweck dar und sind als Grundlage für zukünftige Anwendungen zu sehen.