Monomer return flow in hollow cathode jet plasma sources for film deposition

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Das anwachsende Interesse an Plasmaprozessen zur Oberflächenmodifikation, Strukturierung und Schichtabscheidung erfordert zunehmend die intensive Optimierung der Plasmasysteme im Hinblick auf die Qualität der Behandlung und die Produktionsraten. Insbesondere bei der Hochraten-Schichtabscheidung beispielsweise von DLC-Schichten sind die Homogenität und die Reinheit der Schichten von entscheidender Bedeutung für die Güte der Behandlungs-ergebnisse. Die zufriedenstellende Verbesserung dieser Qualitätsmerkmale stellt bislang immer noch eine Herausforderung dar. Eine besondere Beachtung erfordert dabei das Strömungs- und Mischverhalten der am Plasmaprozess beteiligten Gase (Trägergas, Monomer). Hierbei können neben den Verunreinigungen der Schichten ebenfalls durch ungünstige Rückströmungseffekte Kontaminationen der Reaktorwände und nicht zuletzt der Plasmaquelle selbst auftreten.. Unterstützend zu bisherigen Strömungssimulationen werden daher experimentelle Methoden zur Visualisierung der Strömungen und zur Messung der Teilchengeschwindigkeiten notwendig, um die Beschichtungsanlagen strömungstechnisch optimieren zu können. Einige Diagnostikmethoden zur Bestimmung von Strömungs-geschwindigkeiten wie beispielsweise mit Gesamtdrucksonden (Prandtl-Rohr) oder mittels der Hitzestrahl-Anemometrie besitzen den Nachteil, dass sie invasive Techniken sind. Das Einbringen von Messinstrumenten in die Strömung kann sich gerade in der Plasmatechnik als ein großer Störfaktor erweisen, wobei zudem der unmittelbare Kontakt mit teilweise korrosiven Gasen zu Beschädigungen der Diagnostikinstrumente führt. In diesem Projekt wird die Methode der Laser-Doppler-Anemometrie (LDA) angestrebt, die den entscheidenden Vorteil bietet, die Teilchengeschwindigkeiten rein optisch und daher berührungslos messen zu können. Das Prinzip der LDA-Technik beruht auf der Doppler-Frequenzverschiebung von kohärenten Lichtwellen, die an bewegten Phasengrenzflächen gestreut werden.