„Was ist eine Turbopumpe?“

Eine Turbopumpe wird benutzt, um sehr geringe Drücke zu erreichen, also ein Hochvakuum zu erzeugen. Die Pumpe wirkt dabei wie eine Turbine und erzeugt einen Molekulargasstrom aus dem zu evakuierenden Volumen heraus. Diese drücken von vorne nach hinten die Last heraus. Dazu sind sehr hohe Drehzahlen notwendig. Somit bleiben vor der Pumpe weniger Teilchen zurück, da die Luftteilchen nicht zurückkommen können.

Mit einer Turbopumpe lassen sich Drücke erreichen, die um 10-Größenordnungen kleiner als der Luftdruck sind. Damit die Luft hinter der Pumpe auch wegtransportiert wird, muss eine weitere Pumpe angeschlossen werden.

„Was ist eine Vorpumpe?“

Vakuumkammer

Mittelpunkt der Experimente ist die Vakuumkammer. Die Wände einer solchen Kammer bestehen aus Edelstahl, wodurch sie zum einen stabil genug sind, um dem Druckunterschied zwischen Kammer und Atmosphäre auszuhalten (der Basisdruck in diesem Experiment ist 10^-4 Pa), und zum anderen nicht durch die Prozesse im Inneren beschädigt werden. Durch das große Fenster kann die Entladung mit optischen Diagnostiken untersucht werden. Das Massenspektrometer ist an der linken Seite der Kammer angebracht.

Ein Vakuum beschreibt ein Volumen, in dem ein geringerer Druck herrscht. Dies bezieht sich oft auf den Atmosphärendruck. Der Druck korreliert mit der Gasteilchendichte in einem Volumen, sodass im Vakuum die Teilchendichte geringer ist als beim Umgebungsdruck.

Erzeugt wird es z.B. durch die Evakuierung einer luftdicht verschlossenen Kammer. Hierbei wird Luft aus der Kammer gepumpt, ohne dass neue nachströmen kann.

Das perfekte Vakuum wäre ein Volumen ohne ein einziges Teilchen darin, dies ist jedoch unter Laborbedingungen nicht erfüllbar.

Massenspektrometer

Im Massenspektrometer werden Teilchen zuerst ionisiert, um dann durch elektrische Felder nach ihrer Masse und Energie sortiert zu werden. In dem Knick befindet sich der Energiefilter. Zu schnelle oder zu langsame Teilchen treffen in dem Knick auf die Wände und werden so aus dem einfallenden Teilchenstrahl entfernt. Auf den Energiefilter folgt der Quadrupolfilter, in dem Teilchen entsprechend ihrer Masse aussortiert werden. Dies wird über ein elektrisches Wechselfeld ermöglicht: Zu leichte oder zu schwere Teilchen werden aus dem Quadrupolfilter herausgelenkt. Alle Teilchen, die am Ende übrig bleiben, werden in einem Sekundär-Elektronen-Vervielfacher gemessen.

Gasversorgung

Ein Vakuum beschreibt ein Volumen, in dem ein geringerer Druck herrscht. Dies bezieht sich oft auf den Atmosphärendruck. Der Druck korreliert mit der Gasteilchendichte in einem Volumen, sodass im Vakuum die Teilchendichte geringer ist als beim Umgebungsdruck.

Erzeugt wird es z.B. durch die Evakuierung einer luftdicht verschlossenen Kammer. Hierbei wird Luft aus der Kammer gepumpt, ohne dass neue nachströmen kann.

Das perfekte Vakuum wäre ein Volumen ohne ein einziges Teilchen darin, dies ist jedoch unter Laborbedingungen nicht erfüllbar.

Auswertepc:
Das Massenspektrometer ist an den Computer angeschlossen. Über eine Software kann eine Messung durchgeführt werden. Dabei kann z.B. entweder ein Massescan durchgeführt werden, der anzeigt wieviel Teilchen bei welcher Masse gemessen werden, oder auch ein Zeitaufgelöster Scan durchgeführt werden, bei dem einzelne Massen über einen längeren Zeitraum beobachtet werden.

Die hochauflösende Kamera kann Licht über sehr kurze Zeiten aufnehmen. Somit sind optische Phänomene, die nur zeitlich begrenzt auftreten, damit detektierbar.

Mit dem Profilometer wird mit einer Spitze eine geringe Kraft auf eine zu untersuchende Probenoberfläche ausgeübt. Fährt die Spitze über die Probenoberfläche, können so Höhenänderungen auf den Proben erkannt werden, da sich die Auslenkung der Spitze verändert. Somit kann in kleinen Bereichen von wenigen Nanometern das Oberflächenprofil entlang einer Linie von erzeugten Proben gemessen werden.

Mit dem AFM lassen sich Oberflächenstrukturen in Auflösungen nahe der Atomgröße realisieren. Dafür wird eine kleine Spitze, die fast nur ein Atom groß ist, nahe einer zur untersuchenden Oberfläche gebracht. Es tritt eine Wechselwirkung mit der Oberfläche auf. Rastert man über die Probenoberfläche, ändert sich die Wechselwirkung zwischen Spitze und Oberfläche, sodass daraus ein Oberflächenprofil erstellt werden kann.

In einem Ellipsometer wird Licht mit einer bestimmten Orientierung auf eine Probenoberfläche gegeben. Die Probe reflektiert das Licht und ändert dabei die Parameter des einfallenden Strahls wie die Polarisaton des Lichtstrahls. Daraus lassen sich dann aus bekannten Parametern der Probe die Schichtdicke dieser Probe u.a. bestimmen.

Bei der Kontaktwinkelmessung werden Flüssigkeiten auf eine Oberfläche gebracht. Aufgrund der Oberflächenspannung zwischen der Flüssigkeit und der Oberfläche ändert der Flüssigkeitstropfen seine Form. So können Effekte von Plasmen auf Oberflächen untersucht werden.

Lichtmikroskope sind Mikroskope, die stark vergrößerte Bilder von kleinen Strukturen oder Objekten mit Hilfe von Licht erzeugen. Die Vergrößerung erfolgt gemäß den Gesetzen der Optik unter Ausnutzung von Lichtbrechung an Glaslinsen.

„Wozu braucht man ein Spektrometer?“

Ein Spektrometer dient der spektralen Analyse von Plasmen. Je nach Gas strahlt dieses charakteristische Farben aus oder, im physikalischen Sinne, charakteristische Wellenlängen.

Dieses Licht wird in ein Spektrometer eingestrahlt, welches das Licht in seine Komponenten zerlegt. Dazu enthält das Spektrometer ein Licht brechendes Medium wie ein Prisma oder heute häufiger ein Gitter.

Durch die unterschiedlichen Brechungseigenschaften von Licht unterschiedlicher Wellenlängen werden diese durch das Medium verschieden stark abgelenkt. Somit können anhand der vorhandenen Wellenlängen, auch Linien genannt, und deren Intensität Rückschlüsse auf Komponenten des Plasmas gezogen werden.

„Welche Gase werden für Plasmen häufig verwendet und warum?“

Die in Plasmen am häfigsten verwendeten Gase sind Edelgase. Diese zeichnen sich durch ihre niedrige Bindungsenergie zu ihren Elektronen aus sowie der Tatsache, dass sie atomar und nicht als Molekül vorliegen.

Die niedrige Bindungsenergie vereinfacht die Ionisation der Gase und ist wichtig für die Zündung eines Plasmas, da so die Zündspannung herabgesetzt wird.

Der atomare Grundzustand der Gase vereinfacht die Betrachtung plasmachemischer Prozesse und ist daher wichtig, um vorhersagbare Modelle zu erzeugen.

„Was ist ein Massenflussregler?“

Massenflussregler (Massflowcontroller) oder kurz MFC sollen einen Teilchenstrom auf einen Sollwert regeln.

Der Fluss der Regler wird in Volumen pro Zeit angegeben. Da verschiedene Gase unterschiedliche Eigenschaften wie Teilchengröße und Flusswiderstand besitzen, muss der MFC für ein bestimmtes Gas kalibriert werden, um die korrekte Regelung zu erhalten.