Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Harmonie im Reaktor: RUB-Physiker entwickeln wegweisende Technologie für Plasmareaktoren

07.06.2011
Ausgezeichnet: Ionenfluss und Ionenenergie lassen sich unabhängig einstellen

Mehr wissenschaftliches Verständnis und eine neue Technologie zur Prozesskontrolle können jetzt in die industrielle Anwendung von Plasmen einfließen. Während seiner Promotion am Lehrstuhl für Plasma- und Atomphysik gewann Dr. Julian Schulze neue Einblicke in die Physik technologischer Plasmen, die u. a. entscheidend für die Herstellung von Computerchips und Solarzellen sind.


Kapazitives Radiofrequenz-Plasma

Durch eine Kombination verschiedener Diagnostikverfahren, analytischer Modelle und Simulationsrechnungen konnte Dr. Schulze das Verständnis der komplexen Physik in diesen Plasmen entscheidend voranbringen und deren technologische Anwendungen verbessern. Für seine ausgezeichnete Dissertation erhält er im Sommer den PhD Research Award von der Plasma Division der European Physical Society.

Technologische Plasmen wichtig für viele Anwendungen

Bei den Plasmareaktoren, die Dr. Schulze im Rahmen seiner Dissertation untersuchte, handelt es sich um sogenannte kapazitiv gekoppelte Radiofrequenz-Plasmen. Wie bei einem Kondensator (engl.: capacitor) bestehen diese Reaktoren aus zwei Elektroden in einer Vakuumkammer, in die kontrolliert kleine Mengen Gas einströmen. Eine der Elektroden ist geerdet, an der anderen liegt eine Wechselspannung (Radiofrequenz) an. Die starken elektrischen Felder vor den Elektroden beschleunigen positiv geladene Teilchen (Ionen) senkrecht zur Elektrode hin. Anwender in der Industrie leiten Ätz- oder Beschichtungsvorgänge ein, indem sie ein Material auf die Elektrode auflegen und es von den auftreffenden Ionen und Neutralteilchen bearbeiten lassen. Hersteller von Computerchips ätzen durch Ionenbeschuss mit hoher Energie z. B. viele kleine Kanäle in das Material. Bei der Solarzellenproduktion hingegen ist eine niedrige Ionenenergie gefragt, aber dafür ein hoher Ionenfluss.

Mehr Wissenschaft statt Ausprobieren

Ionenfluss und Ionenenergie stellen die Anwender meist nach dem „Trial-and-Error-Prinzip“ (Versuch und Irrtum) ein, da einige der grundlegenden Mechanismen der Plasmaentstehung noch nicht verstanden sind. Eine offene Frage ist etwa, wie den Elektronen im Reaktor die Energie zugeführt wird, die nötig ist, um das Gas zu ionisieren und so das Plasma zu erzeugen. Zu dieser Diskussion trägt Dr. Schulze in seiner Dissertation maßgeblich bei, indem er klärt, wie sich bei niedrigen Drücken Plasmen bilden (wir berichteten im Juni 2009, http://www.pm.ruhr-uni-bochum.de/pm2009/msg00187.htm). Darüber hinaus entwickelte er gemeinsam mit anderen Wissenschaftlern der Physik und Elektrotechnik an der Ruhr-Universität Bochum einen neuen Plasmatyp, der eine wesentlich gezieltere Kontrolle von Ionenfluss und -energie erlaubt als bisher.

Frequenzkopplung macht Probleme

Die Hersteller von Computerchips, Solarzellen und vielen weiteren Produkten verwenden sogenannte „dual frequency“-Plasmen mit dem Ziel, Ionenfluss und Ionenenergie unabhängig voneinander wählen zu können. In Zusammenarbeit mit Dr. Zoltán Donkó von der Ungarischen Akademie der Wissenschaften zeigte Dr. Schulze jedoch, dass es in herkömmlichen Plasmen, die mit zwei sehr unterschiedlichen Radiofrequenzen betrieben werden, eine starke Kopplung zwischen den beiden Frequenzen gibt. Diese Frequenzkopplung führt dazu, dass sich Ionenfluss und -energie im Plasmareaktor nicht wie gewünscht separat einstellen lassen.

Neuer Plasmatyp für besser kontrollierbare Reaktoren

Um Ionenfluss und -energie wirklich unabhängig voneinander steuern zu können, erforschte Dr. Schulze gemeinsam mit Prof. Dr. Uwe Czarnetzki, Prof. Dr. Ralf Peter Brinkmann, PD Dr.-Ing. Thomas Mussenbrock, Dr. Brian Heil und M.Sc. Edmund Schüngel einen neuen Plasmatyp, der bisher nur theoretisch vorhergesagt war und auf dem sogenannten Elektrischen Asymmetrie-Effekt beruht. Anders als in den bislang verwendeten „dual frequency“-Plasmen setzten die RUB-Physiker zwei ähnliche Radiofrequenzen ein, wobei die zweite Frequenz doppelt so groß war wie die erste (Grundfrequenz und zweite harmonische). Indem sie die Phasenverschiebung einstellten, konnten sie Ionenfluss und -energie nahezu unabhängig voneinander bestimmen. Diese patentierte Technologie löst viele Probleme klassischer Plasmareaktoren und Firmen wie Leyboldt Optics und Bosch nutzen sie inzwischen zur Solarzellenproduktion.

Angeklickt:

Dissertation von Dr. Julian Schulze
http://www.ep5.rub.de/pdfs/doktorarbeiten/phd_thesis_schulze.pdf
Lehrstuhl für Plasma- und Atomphysik (Prof. Dr. Uwe Czarnetzki)
http://www.ep5.rub.de
Lehrstuhl für theoretische Elektrotechnik (Prof. Dr. Ralf Peter Brinkmann)
http://www.tet.rub.de/
Informationen zum Patent
http://www.rubitec-patente.de/uploads/tx_nfpatents/81_RFPlasma_4.pdf
Informationen zum EPS PhD Award
http://plasma.ciemat.es/phd.shtml
Weitere Informationen
Dr. Julian Schulze, Lehrstuhl für Atom- und Plasmaphysik, Fakultät für Physik und Astronomie der Ruhr-Universität Bochum, Tel. 0234/32-26034

Julian.Schulze@ep5.rub.de

Redaktion: Dr. Julia Weiler

Dr. Josef König | idw
Weitere Informationen:
http://www.ruhr-uni-bochum.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Neuartige Halbleiter-Membran-Laser
22.03.2017 | Universität Stuttgart

nachricht Seltene Erden: Wasserabweisend erst durch Altern
22.03.2017 | Universität Basel

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Fliegende Intensivstationen: Ultraschallgeräte in Rettungshubschraubern können Leben retten

Etwa 21 Millionen Menschen treffen jährlich in deutschen Notaufnahmen ein. Im Kampf zwischen Leben und Tod zählt für diese Patienten jede Minute. Wenn sie schon kurz nach dem Unfall zielgerichtet behandelt werden können, verbessern sich ihre Überlebenschancen erheblich. Damit Notfallmediziner in solchen Fällen schnell die richtige Diagnose stellen können, kommen in den Rettungshubschraubern der DRF Luftrettung und zunehmend auch in Notarzteinsatzfahrzeugen mobile Ultraschallgeräte zum Einsatz. Experten der Deutschen Gesellschaft für Ultraschall in der Medizin e.V. (DEGUM) schulen die Notärzte und Rettungsassistenten.

Mit mobilen Ultraschallgeräten können Notärzte beispielsweise innere Blutungen direkt am Unfallort identifizieren und sie bei Bedarf auch für Untersuchungen im...

Im Focus: Gigantische Magnetfelder im Universum

Astronomen aus Bonn und Tautenburg in Thüringen beobachteten mit dem 100-m-Radioteleskop Effelsberg Galaxienhaufen, das sind Ansammlungen von Sternsystemen, heißem Gas und geladenen Teilchen. An den Rändern dieser Galaxienhaufen fanden sie außergewöhnlich geordnete Magnetfelder, die sich über viele Millionen Lichtjahre erstrecken. Sie stellen die größten bekannten Magnetfelder im Universum dar.

Die Ergebnisse werden am 22. März in der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ veröffentlicht.

Galaxienhaufen sind die größten gravitativ gebundenen Strukturen im Universum, mit einer Ausdehnung von etwa zehn Millionen Lichtjahren. Im Vergleich dazu ist...

Im Focus: Giant Magnetic Fields in the Universe

Astronomers from Bonn and Tautenburg in Thuringia (Germany) used the 100-m radio telescope at Effelsberg to observe several galaxy clusters. At the edges of these large accumulations of dark matter, stellar systems (galaxies), hot gas, and charged particles, they found magnetic fields that are exceptionally ordered over distances of many million light years. This makes them the most extended magnetic fields in the universe known so far.

The results will be published on March 22 in the journal „Astronomy & Astrophysics“.

Galaxy clusters are the largest gravitationally bound structures in the universe. With a typical extent of about 10 million light years, i.e. 100 times the...

Im Focus: Auf der Spur des linearen Ubiquitins

Eine neue Methode ermöglicht es, den Geheimcode linearer Ubiquitin-Ketten zu entschlüsseln. Forscher der Goethe-Universität berichten darüber in der aktuellen Ausgabe von "nature methods", zusammen mit Partnern der Universität Tübingen, der Queen Mary University und des Francis Crick Institute in London.

Ubiquitin ist ein kleines Molekül, das im Körper an andere Proteine angehängt wird und so deren Funktion kontrollieren und verändern kann. Die Anheftung...

Im Focus: Tracing down linear ubiquitination

Researchers at the Goethe University Frankfurt, together with partners from the University of Tübingen in Germany and Queen Mary University as well as Francis Crick Institute from London (UK) have developed a novel technology to decipher the secret ubiquitin code.

Ubiquitin is a small protein that can be linked to other cellular proteins, thereby controlling and modulating their functions. The attachment occurs in many...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Lebenswichtige Lebensmittelchemie

23.03.2017 | Veranstaltungen

Die „Panama Papers“ aus Programmierersicht

22.03.2017 | Veranstaltungen

Über Raum, Zeit und Materie

22.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Besser lernen dank Zink?

23.03.2017 | Biowissenschaften Chemie

Lebenswichtige Lebensmittelchemie

23.03.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Innenraum-Ortung für dynamische Umgebungen

23.03.2017 | Architektur Bauwesen