Frequently Asked Questions
Was ist ein Plasma?
Gibt es verschiedene Arten von Plasmen?
Welchen Einfluss hat die Reaktorwand auf ein Plasma?
Was sind die Unterschiede zwischen direkter und "remote"-Plasmabehandlung?
Was ist neu an CYRANNUS-Plasmaquellen?
Sind diese Eigenschaften nicht auch bei anderen Plasmaquellen gegeben?
Macht es Sinn Mikrowellenplasma im industriellen Umfeld einzusetzen?
Brauchen CYRANNUS-Plasmaquellen Wartung?
Gibt es Einschränkungen für die Anwendung der CYRANNUS-Plasmaquellen?
Sind Mikrowellenplasmen umweltfreundlich?
Woher kommt der Name "CYRANNUS"?
Was ist ein Plasma?
Ein Plasma ist ein mit Energie angereichertes Gas. Man bezeichnet ein Plasma auch als "vierten Aggregatzustand": Durch Energiezuführung können üblicherweise feste in flüssige und flüssige in gasförmige Stoffe transformiert werden. Weitere Energiezuführung ergibt ein Plasma, das aus Elektronen, Ionen und ungeladenen Teilchen besteht.
Polarlichter
Plasmen sind keine menschliche Erfindung. In der Natur findet man sie beispielsweise in Sternen, Kometenschweifen oder Blitzen. Eine besonders faszinierende Erscheinungsform sind die nördlichen Polarlichter. Das Wort "Plasma" stammt aus dem Griechischen und bedeutet soviel wie "Form" oder "Gestalt".
nach oben
Gibt es verschiedene Arten von Plasmen?
Ja, übliche Unterscheidungen sind:
  • Gleichgewichts- vs. nicht-Gleichgewichts-Plasma
    • Gleichgewichts-Plasmen oder auch "thermische Plasmen" sind dadurch gekennzeichnet, dass die Energien aller Teilchen im Plasma ähnlich sind. Ein Gleichgewichts-Plasma ist vergleichsweise heiß. Ein Beispiel hierfür ist eine Kerzenflamme.
    • nicht-Gleichgewichts-Plasmen, die auch als "nicht thermische" Plasmen bezeichnet werden, haben unterschiedliche Energieverteilungen bei Ionen, Atomen und Elektronen. Diese Art von Plasma ist relativ kalt - ein Beispiel hierfür sind Neonröhren.
  • Stationäres vs. nicht stationäres Plasma
    • Ein stationäres Plasma hat bis hinunter in mikroskopische Grössenordnungen ähnliche Eigenschaften. Durch Mikrowellen angeregte Plasmen können hierfür als Exempel angeführt werden.
    • Ein nicht-stationäres Plasma besteht aus einer Vielzahl statistisch verteilter Bogenentladungen. Corona-Plasmen sind ein Fall aus dieser Kategorie.

Die CYRANNUS®-Technologie erzeugt stationäre, nicht-Gleichgewichts-Plasmen.

nach oben
Welchen Einfluss hat die Reaktorwand auf ein Plasma?
Technische Plasmen werden üblicherweise durch eine Reaktorwand eingeschlossen, beispielsweise in Form eines Quartzglases. Was die Interaktion zwischen Reaktorwand und Plasma angeht, sind zwei Fälle möglich:
(1) Plasma mit starker Reaktor-wand-Interaktion
(2) Plasma mit überwiegenden Gasphasen-Prozessen
  • Niedriger Druck und lange mittlere Flugbahnen der Teilchen im Plasma
  • Auftreffen von Partikeln auf die Reaktorwand ist die dominante Wechselwirkung im Plasma
  • Hoher Druck und kurze mittlere Flugbahnen der Teilchen im Plasma
  • Das Zusammentreffen von Partikeln innerhalb des Plasmas ist die dominante Wechselwirkung
  • Starke plasmachemische Reaktionen durch intensive Prozesse in der Gasphase
  • Plasma kann je nach Gaswechsel aufgeheizt werden
  • Plasma kühlt an der Wand ab
  • Erosion der Reaktorwand
  • Chemische Prozesse im Plasma laufen vergleichsweise langsam ab
CYRANNUS® I-Plasmaquellen generieren Plasmen mit überwiegenden Gasphasen-Prozessen.
nach oben
Was sind die Unterschiede zwischen direkter und "remote"-Plasmabehandlung?
Direkter Plasmaprozeß:
Substrate werden innerhalb des angeregten Bereichs dem Plasma ausgesetzt
"Remote"-Plasmaprozeß:
Substrate werden dem Plasma ausgesetzt, befinden sich aber außerhalb des Anregungsbereichs
Vor- und Nachteile:
+ intensive Behandlung (falls gewünscht)
+ Verfügbarkeit vieler aktiver Teilchen für plasmachemische Reaktionen
- Behandlung elektrisch leitender Substrate nur begrenzt möglich		 Vor- und Nachteile:
+ gemäßigte Behandlungsintensität (falls gewünscht)
+ weniger Verunreinigungen in der Plasmaquelle
+ behandelte Fläche kann größer als der Quellenaustritt sein
+ das Substrat kann unter- oder oberhalb der Quelle bewegt werden
- Prozeß- und Inertgas nötig
Typische Anwendungen:
- Abgasreinigung
- Diamantabscheidung		 Typische Anwendungen:
- Oberflächenaktivierung
- SiOx-Beschichtung
"remote"-Plasma über einer CYRANNUS® I
Die CYRANNUS® I-Plasmaquellen sind für beide Betriebsarten - direkt und "remote" - ausgelegt.
nach oben
Was ist neu an CYRANNUS® I-Plasmaquellen?
•
 Plasmaerzeugung für den gesamten Druckbereich vom Vakuum bis zu Umgebungsdruck: 10-2 mbar bis 1 bar
•
 Vielfältige Gasarten für Plasmaerzeugung: keine Einschränkung auf Argon
•
 Räumlich homogenes Plasma: hohe Gleichmäßigkeit bei der Behandlung, keine "hot Spots"
•
 3-dimensionale Ausdehnung des Plasmas: keine Konzentration des Plasmas auf bestimmte Bereiche (auch bei höherem Druck)
•
 Stabiles Plasma: hohe Toleranz gegenüber Schwankung der Prozessbedingungen und wartungsfreie Funktion über lange Zeiträume
•
 Nicht-Gleichgewichtsplasma: hohe Elektronenenergie und geringe Gastemperatur führen zu einer intensiven Behandlung bei geringer thermischer Belastung des Substrates
•
 Anregung ohne Elektroden: keine Kontamination des Plasmas durch abgetragenes Elektrodenmaterial

nach oben
Sind diese Eigenschaften nicht auch bei anderen Plasmaquellen gegeben?
Es ist richtig, dass einige der zuvor genannten Eigenschaften bereits bei konventionellen Plasmaquellen verfügbar sind. Bisher war es jedoch unmöglich, diese Leistungsmerkmale simultan zu erreichen. So war ein erhöhter Druckbereich mit Einschränkungen in Homogenität, Größe und Standzeit verbunden. CYRANNUS®-Plasmaquellen bieten alle genannten Eigenschaften zugleich.
nach oben
Macht es Sinn Mikrowellenplasma im industriellen Umfeld einzusetzen?
Bisher waren Mikrowellenplasma auf einen Druckbereich um 1 mbar und darunter beschränkt, wenn räumliche Homogenität des Plasmas gefordert war. Folglich mußte die Produktion im Batch-Betrieb durchgeführt werden. CYRANNUS®-Plasmaquellen liefern ein Plasma, das bei Umgebungsdruck betrieben werden kann und das einen Aufbau mit offenen Flanschen zuläßt. Dies sind wesentliche Voraussetzungen für den Wechsel zum in-line Betrieb. Das hohe Leistungsniveau ist kombiniert mit geringen Wartungsanforderungen, was die CYRANNUS®-Plasmatechnologie attraktiv für industrielle Prozesse macht.

nach oben
Brauchen CYRANNUS®-Plasmaquellen Wartung?
CYRANNUS®-Plasmaquellen sind für lange Standzeiten ausgelegt. Da die Anregung ohne direkten Kontakt zwischen Plasma und den leistungeinkoppelnden Elementen erfolgt, ist nur wenig Wartung erforderlich. Heute sind leistungsstarke und zuverlässige Mikrowellengeneratoren für industrielle Anwendungen verfügbar. CYRANNUS® I-Plasmaquellen setzen auf dieser technologischen Plattform auf. Abhängig vom Prozess ist von Zeit zu Zeit eine Reinigung der Plasmakammer erforderlich. Die Konstruktion der Plasmaquelle garantiert zügige Wartungsarbeiten. So erfordert beispielsweise der Austausch der Quarzkammer nur etwa 10 min.

nach oben
Gibt es Einschränkungen für die Anwendung der CYRANNUS®-Plasmaquellen?
Ja, einige Materialien lassen sich nicht in allen Anlagenkonfigurationen behandeln. Die Energieeinkopplung durch Mikrowellen bedeutet, dass metallische Körper nur bedingt in die Plasmaquelle gebracht werden dürfen. Im jeweiligen Falle muß die Feldverteilung innerhalb der Quelle mit den Proben abgestimmt werden. Anwender sollten hierbei auch Plasmaprozesse in einer "remote"-Konfiguration in Betracht ziehen, bei denen die Plasmabehandlung außerhalb der Plasmaquelle erfolgt.
nach oben
Sind Mikrowellenplasmen umweltfreundlich?
Plasmaprozesse sind im Allgemeinen sehr umweltfreundlich. In vielen Fällen werden reine Luft- oder Sauerstoffplasmen eingesetzt. Dies ist möglich, da die physikalischen oder chemischen Plasmareaktionen in der hohen Partikelenergie begründet sind und nicht wie in nasschemischen Prozessen auf elektrochemischen Potentialen. Daher ist eine Reinigung oder Entsorgung von chemischen Abfällen typischerweise nicht erforderlich.

nach oben
Woher kommt der Name "CYRANNUS®"?
CYRANNUS® leitet sich von "CYlindrical Resonator with ANNUlar Slots" her, weil das Kernstück der CYRANNUS® I-Plasmaquelle ein zylindrischer Resonator mit waagerechten Schlitzen ist.

nach oben