Deutsch

Im Rahmen der Arbeit wird gezeigt, wie durch den kombinierten Einsatz von Langmuir-Sonden, Mikrowelleninterferometrie (MWI) und zeitaufgelöster planarer optischer Emissionspektroskopie (POES) das raum- und zeitaufgelöste Verhalten der wesentlichen Plasmaparameter Elektronendichte und -temperatur sowie angeregter Plasmaspezies ermittelt werden kann. Die Untersuchungen sind in einer gepulsten 2,45 GHz Mikrowellenentladung vom Typ SLAN durchgeführt worden. Es werden Ergebnisse für gepulste Argon- und Sauerstoffplasmen im Druckbereich zwischen 5 und 50 Pa für Pulsfrequenzen zwischen 10 Hz und maximal 20 kHz präsentiert. In Sauerstoffplasmen ist zusätzlich die zeitabhängige atomare Sauerstoffdichte durch den Einsatz von laserinduzierter Fluoreszenz (TALIF) bestimmt worden. Die experimentellen Ergebnisse stimmen gut mit den Vorhersagen des auf stoßbestimmte diffusive (hohe Drücke,p>1 Pa) Plasmen erweiterten Modell gepulster Plasmen (Global Model von M. Lieberman) überein. Das erweiterte Modell verdeutlicht zum einen die fundamentalen Mechanismen, die gepulsten Plasmen zu Grund liegen, zum anderen ermöglicht es eine Abschätzung des zeitaufgelösten Verhaltens von Elektronentemperatur, -dichte, sowie der atomaren Sauerstoffdichte in Abhängigkeit von Pulsfrequenz, Tastverhältnis und verwendeter Anlagengeometrie zu ermitteln. Dies ermöglicht dem Anwender die schnelle und einfache Bestimmung der optimalen Puls-Plasma-Prozeßparameter.

English

Pulsed microwave excited (2.45 GHz) argon and oxygen plasmas generated by a large volume SLAN (slot antenna) type plasma source are investigated by various diagnostic tools. Through the combined use of time-resolved planar optical emission spectroscopy (TPOES), microwave interferometry (MWI), and Langmuir probes the temporal and spatial behavior of the electron density, effective electron temperature, and excited species are determined for a pulse frequency range between 0.01 and 20 kHz. The work presents results for pulsed argon and oxygen plasmas in the pressure range between 5 and 50 Pa. Additionally, the spatial- and time-resolved behavior of the absolute atomic oxygen density in a pulsed oxygen plasma is determined by laser induced fluorescence (TALIF). The experimental results are in good agreement with the predictions of the Global Model (M. Lieberman) modified to the higher pressure regime(p>1 Pa) investigated in this work. Due to this, the collisional diffusive plasma transport regime has to be taken into account. The extended model shows the fundamental mechanisms, of pulsed microwave plasmas and allows an estimation of the time-resolved behavior of electron temperature, electron density and atomic oxygen density dependent of pulse frequency, duty cycle and used device geometry. With the derived model it is possible to determine quick and simple the optimum pulse-plasma process parameters.