Der Plasmazustand; Erzeugung und Aufrechterhaltung

In den Aggregatszuständen fest, flüssig und fest fällt die Bindung zwischen den Atomen in Bezug zu ihrer Bewegungsenergie unterschiedlich ins Gewicht. Bei festen Körpern ist die Bewegungsdynamik auf molekularer Ebene so gering, dass die Atome durch ihre gegenseitige Bindung an einer freien Bewegung gehindert sind. Oberhalb ihres Schmelzpunktes verliert die Materie ihre Formfestigkeit, da einzelne Moleküle leicht gegeneinander verschiebbar werden, die sich dann schließlich ab dem Siedepunkt als Gas frei im Raum bewegen können. Bei weiterer Temperaturerhöhung liegt letztendlich genügend Energie vor, um in großer Zahl Elektronen aus der Bindung an die Atomkerne zu lösen. Bei diesem Zustand, den man als vierten Aggregatszustand als Plasma bezeichnet, werden also die Gasmoleküle ionisiert, so dass sich eine große Zahl von Elektronen frei bewegen können.

 

Ein bereits leicht ionisiertes Gas kann in hohem Grade ionisiert werden, indem man es hochfrequenten elektrischen Feldern aussetzt. Unter deren Einfluss werden bereits vorhandene freie Elektronen beschleunigt, die dann in einer Kettenreaktion weitere Elektronen aus den Gasatomen lösen.
Die Elektronen zur Auslösung dieses Prozesses (Plasmazündung) können bei ausreichenden Temperaturen von selbst im Gas entstehen oder z.B. mit einer Glühkathode oder sehr hohen elektrischen Feldern erzeugt werden, die zu einem elektrischen Durchbruch führen. Der Wechselfeldanregung des Plasmas mit Frequenzen im Megahertz-Bereich können die Elektronen schnell folgen, so dass sie gegen die trägen Ionen beschleunigt werden, von denen sie weitere Elektronen trennen und somit den Plasmazustand aufrecht erhalten. Das Gas kann dabei geringen Druck sowie geringe Temperaturen haben.

 

In der Halbleitertechnik können in Gasen im Plasmazustand daher Zersetzungsreaktionen bei Temperaturen angeregt werden, bei denen diese nicht von selbst ablaufen würden. Dadurch können dann bereits aufgebrachte empfindliche Strukturen geschont werden.

 

Abb. 36: Plasmaerzeugung durch  Ionisation eines Gases im elektrischen Wechselfeld. Nach einer Feldumpolung erzeugen die nun stark beschleunigten Elektronen eine Vielzahl weiterer freier Elektronen.

 

 

 

 

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