Durchflussregelung & Druckregelung in Plasmareaktoren

Ein Plasma ist ein faszinierender physikalischer Effekt, der auch durchaus in der Natur beobachtbar ist. Das Plasma findet in zahlreichen wichtigen Herstellungsprozessen von Produkten seine Anwendung, die wir im Alltag verwenden. Dazu gehören beispielsweise Mobiltelefone, Computer, Solarzellen, Plasmaschweißen und Glasfenster.
 
Bei Plasmaprozessen werden Plasmareaktoren verwendet. In Plasmareaktoren spielen Gasfluss, Dampffluss und Druck eine wichtige Rolle. Die Durchflussregelung und Druckregelung von Gasen, die diesen Reaktoren zugeführt werden, wird mit Durchflussreglern und Druckreglern geregelt. Durchflussregler regeln den Gasfluss in die Reaktorkammer, wo die Gase zu einem Plasma entzündet werden, während der Druckregler die überschüssigen Gase aus der Reaktorkammer bei gleichbleibendem Druck ableitet.
 
Als Produktmanager MEMS-basierter Instrumente bei Bronkhorst bin ich mit der wichtigen Rolle dieser Produkte in Plasmaanwendungen vertraut. Da ich oft Fragen zu Plasmaanwendungen erhalte, wollte ich mich in einem Blogbeitrag näher damit befassen.
 

Durchfluss- und Druckregelung in Plasmareaktoren

Plasmen ermöglichen es, Siliziumchips und Gegenstände aus Glas oder aus Metall zu beschichten. So kann zum Beispiel durch Ätzung mit Plasmen eine dünne Beschichtung auf einem Chip aufgetragen werden. Außerdem können mit Plasmen Oberflächen gereinigt werden, um den Bindungsprozess zwischen zwei Materialstücken vor dem Verkleben zu verbessern.
 
Die Gase, die in einen Reaktor geleitet werden, bilden durch Einsatz von Elektrizität ein ionisiertes Plasma (das heißt, die Elektronen und Atomkerne sind vollständig getrennt). Wenn die unterschiedlichen Gasströme, Reaktordruck, Temperatur und elektrische Energie richtig ausbalanciert sind, verändern sich die Gase und geben ein interessantes, farbiges Licht ab, das sich im Reaktor verteilt. Die einzelnen Gasflüsse und der Reaktordruck können mit Hilfe von Durchflussreglern und elektronischen Druckreglern eingestellt werden.
 

In diesem Setup leitet ein Verdampfer – Controlled Evaporator Module (CEM) – in Kombination mit einem Flüssigkeitsdurchflussregler und einem Gasdurchflussregler den so generierten Dampf in einen Plasmareaktor. Gemeinsam mit dem Gasdurchflussregler unter dem CEM, der zusätzliches Gas hinzufügen kann, sorgen sie für die perfekten Prozessbedingungen in der Reaktorkammer, wo die Gase zu einem Plasma entzündet werden.

Der unterste Gasdurchflussregler wird für das Spülgas (meistens Stickstoff) verwendet, das dazu dient, eventuelle unerwünschte Gase aus der Reaktorkammer vor und nach dem Prozess zu entfernen. Ein elektronischer Druckregler leitet das überflüssige Gasgemisch bei gleichbleibendem Prozessdruck aus der Reaktorkammer ab.