Für Fertigungsprozesse mit sogenannten Niederdruck-Plasmen haben Wissenschaftler der Universität Augsburg einen entscheidenden Beitrag geleistet: Für die Messung von Intensität und Wellenlängenverteilung der bei den Prozessen entstehenden UV-Strahlung entwickelten die Forscher ein handliches und kostengünstiges System, wie die Universität in einer Presseinformation mitteilt.
Niederdruck-Plasmen kennt jeder, der schon einmal eine Leuchtstoffröhre in der Hand hatte. Die Lampen enthalten ein Gas unter sehr geringem Druck. Durch Anlegen einer Spannung werden darin Elektronen stark beschleunigt. Wenn sie mit Gasteilchen kollidieren, können aus letzteren geladene Ionen oder auch besonders reaktive neutrale Teilchen entstehen, sogenannte Radikale. „Diese lassen sich zum Beispiel nutzen, um von Oberflächen Material abzutragen und so etwa auf Mikrochips miniaturisierte Schaltkreise zu erzeugen”, erklärt Roland Friedl von der Arbeitsgruppe Experimentelle Plasmaphysik der Universität Augsburg.
In Niederdruck-Plasmen entsteht aber auch besonders energiereiche ultraviolette Strahlung, die als VUV (Vakuum-UV) bezeichnet wird. Manchmal ist das erwünscht. So wird VUV-Strahlung zur Desinfektion von Oberflächen medizinischer Implantate eingesetzt. Andererseits kann sie auch ungewollte Effekte auslösen: Sie kann Oberflächen angreifen, die ihnen ausgesetzt sind. „Ziel ist es daher, Schäden durch VUV-Strahlung möglichst gering zu halten und ihre gewollten Effekte zu verstärken”, betont Friedl. „Das lässt sich etwa durch gezielte Veränderung von Druck, Temperatur oder Zusammensetzung des Plasmas erreichen.” Auf diese Weise sei es oft möglich, Intensität und Wellenlängenverteilung der VUV-Strahlung zu optimieren. Doch dazu müsse man beides erst einmal messen. „Das ist aber nicht so trivial, wie es sich anhört”, erklärt Friedl. „Man nutzt dazu oft große und teure Spektrometer, die zudem aufwendig kalibriert werden müssen.”
Die Forschenden haben ein handliches und preiswertes Gerät entwickelt, das diese Nachteile nicht hat. Es besteht aus einem Sensor, der für UV-Licht empfindlich ist, einer sogenannten Photodiode. Beim Messvorgang werden vor diese Diode verschiedene Filter gesetzt, die jeweils nur bestimmte Teile des UV-Spektrums durchlassen. „So können wir feststellen, welche Wellenlängen in der VUV-Strahlung auftreten”, sagt Caecilia Fröhler-Bachus, die am Projekt entscheidend mitgewirkt hat.
Das Team wollte aber auch wissen, wie intensiv die VUV-Strahlung in den verschiedenen Wellenlängenbereichen war. „Dazu haben wir unseren Detektor an einem handelsüblichen VUV-Spektrometer kalibriert”, erklärt Fröhler-Bachus. Dadurch lasse sich mit dem neuen Gerät die VUV-Strahlung über einen breiten Bereich des Spektrums genau quantifizieren. (pm)