Was ist ein Plasma?

Unter einem Plasma versteht man ein teilweise ionisiertes Gas, so wie es zum Beispiel auch in der Natur in Blitzen vorkommt. Plasma wird gemeinhin auch "der vierte Aggregatzustand" von Materie genannt, denn führt man einem Feststoff Energie zu, wird er flüssig, führt man weiter Energie zu, wird er gasförmig und schlussendlich erhält man ein Plasma.

Wie wird das Plasma erzeugt?

Eine definierte Menge Gas wird in eine Kammer eingelassen. Die Energie zur Erzeugung des Plasmas wird wird durch ein elektromagnetisches Wechselfeld eingebracht. Je nach Anwendung liegt die Frequenz des Feldes Im Bereich von MHz, GHz oder kHz.

Was passiert im Plasma?

Im Plasma treten 3 Effekte parallel auf:

• Fragmentierung - chemische Bindungen in den Gasmolekülen werden aufgebrochen, so dass hochreaktive Radikale entstehen.
• Ionisation - es werden Elektronen aus der Atomhülle entfernt. Die entstehenden freien Elektronen und Ionen sind reaktiv.
• Anregung - Elektronen werden auf ein anderes Energieniveau in der Atomhülle gehoben. Nach kurzer Zeit fallen sie wieder auf ihr Grundniveau wobei elektromagnetische Strahlung frei wird.

Effekte im Plasma

Wie wird das Plasma genutzt?

Die Anregung wird z.B. in Leuchtstofflampen genutzt.
Die Ionisation und Fragmentierung kann für folgende Anwendungen verwendet werden:

Reinigung

Die Radikale des Plasmas reagieren chemisch mit den Molekülen der Verschmutzung auf der Oberfläche. Bei Verschmutzung mit Kohlen-wasserstoffen entsteht im Sauerstoffplasma Wasserdampf und Kohlendioxid, die beide gasförmig sind und aus der Kammer gepumpt werden.

Schema der Plasma-Reinigung

Oberflächenaktivierung

Die Radikale und Ionen des Plasmas reagieren mit einigen Molekülen der Oberfläche. Im Fall von Kunststoffen werden im Sauerstoffplasma einige Kohlenstoffatome oxidiert und es lagern sich Sauerstoffatome an. Es entstehen so auf der Oberfläche chemisch reaktive Hydroxygruppen.

Schema der Plasma-Aktivierung

Beschichtung

Die Radikale und Ionen des Plasmas reagieren mit den Molekülen der Oberfläche. Es entsteht so eine chemische Bindung zwischen der Oberfläche und der Schicht. Die Schicht baut sich durch das Anlagern weiterer Radikale und Ionen aus dem Plasma auf.
Plasma wird für die Beschichtungstechniken PECVD, PEALD und Sputtern verwendet.

Schema der Plasma-Beschichtung