Einsatzbereich Niederdruckplasmen, die bei einer elektrischen Entladung entstehen, wie z.B. in einer Leuchtstofflampe, setzen sich aus einer
Mischung von Gasen, Ionen, Radikalen und Photonen zusammen. Sie können mit Festkörperoberflächen reagieren und je nach Einsatzgase verschiedene Effekte hervorrufen,
wie z.B. diese zu Aktivieren, Entfetten, Entkeimen oder von Oxiden zu befreien.
Darüberhinaus können komplexe Gase wie Kohlenwasserstoffe oder Silane gekräckt und
deren Bruchstücke als Funktionsschicht genutzt werden. So werden z.B. mit Aluminium bedampfte Reflektoren mit einer quarzähnlichen Schutzschicht in der gleichen Vakuumanlage überzogen. Von
allen technischen Möglichkeiten Niederdruckplasmen zu erzeugen, gilt die Mikrowellenanregung als die wirkungsvollste, was die Plasmadichte angeht:
sie liegt etwa um zwei Größenordnungen über einer konventionellen Glimmentladung und ist auch effektiver als eine Hochfrequenzerregung. Eines
der Hauptprobleme liegt aber in der Mikrowelleneinkopplung. Bei der Verwendung einer dielektrischen Vakuumkammer aus Quarz z.B., ist man
schnell von den Dimensionen begrenzt: bei einer einfachen Fenstereinspeisung brennt die Entladung überwiegend im Fensterbereich und schließt quasi den
Hohlleiter kurz. Es gibt eine Reihe von technischen Varianten die mehr oder weniger befriedigend funktionieren, die aber alle den Nachteil haben recht
aufwendig zu sein: die dazu benötigten Bauelemente wie Hohlleiter, Tuner, Zirkulator, usw. übersteigen preislich um ein Vielfaches den Preis des Magnetrons selbst.
Es ist uns gelungen eine einfache Einkopplung zu entwickeln, die ohne Hohlleiter samt Zubehör auskommt und für die meisten Anwendungsfälle, d.h.
für Standardmagnetrons bis 1200 W Leistung völlig ausreichend ist: die original Antenne des Magnetrons wird entsprechend verlängert und durch
einen speziellen Quarzkolben vakuumisoliert. Praktisch jede beliebige metallische Vakuumanlage die über einen Flansch von etwa DN 100 oder
größer verfügt, kann damit umgerüstet werden. Die Anlage selbst wirkt als Resonator und je nach Leistungsdichte kann der ganze Raum zur
Plasmaerzeugung angeregt werden. Mehrere Köpfe können nebeneinander problemlos betrieben werden. Durch Aufteilung der Kammer mit einem Metallgitter, oder durch Verwendung eines separaten Resonators der
entsprechend mittels Computerprogramm berechnet wird, kann der Behandlungsraum von der Mikrowellenstrahlung entkoppelt werden, was für einige Anwendungen von Vorteil sein kann.
Benötigt wird also eine Vakuumanlage mit Gaseinlaß, die in der Lage ist, einen Druck von etwa 1000 Pa (10 mbar) bis 0.1 Pa zu erzeugen. Beim Betrieb mit
reinem Sauerstoff, sonst gefährlichen Gasen, müssen natürlich entsprechende Vorkehrungen getroffen werden. Die Leistung des Magnetrons liegt
üblicherweise in dem Bereich von 300 W bis 1.400 W. Bei höheren Leistungen ist es in der Regel vorteilhafter, mehrere parallel betriebene Einheiten
einzusetzen, als ein einziges Hochleistungsmagnetron, eine Reihe von teuren Schutzeinrichtungen verlangt, zu verwenden. Für die meisten Anwendungen reicht eine nicht regelbare, preiswerte
Stromversorgung, völlig aus: oft wird ohnehin die maximale Leistung gewünscht, darüberhinaus kann durch Druckänderung auch die Plasmadichte und - Qualität gesteuert werden.
Natürlich sind regelbare Stromversorgungen lieferbar. Bei der klassischen Methode wird die Hochspannung mittels Thyristorstellern verändert.
Besonders interessant für Plasmaanwendungen sind Niederfrequenz-gepulste Generatoren: bei gleicher Grundleistung kann die Pulsleistung und damit die
"Aggressivität" des Plasmas bis zu einem Faktor 5 gesteigert werden. Durch eine spezielle Anordnung von Permanentmagneten um den Plasmakopf,
kann die Plasmadichte und der Einsatzbereich zu tieferen Drücken bis zu einem Faktor 10 gesteigert werden. |
