Kinetische Modellierung der Elektronenkomponente in kapazitiv gekoppelten Niederdruckplasmen

Schon vor mehr als 20 Jahren etablierten sich die Niederdruckplasmen in der Industrie. Inzwischen haben sie sich zu einem unverzichtbaren, technischen Hilfsmittel entwickelt. Zum Beispiel ist die Mikroelektronik der Gegenwart ohne plasmagestützte Ätz- und Abscheidungsprozesse undenkbar. Aber auch fernab der Halbleiterindustrie hat die Plasmatechnik immens an Bedeutung gewonnen, exemplarisch sei hier auf die Reinigung von Oberflächen und deren Veredelung verwiesen.

Trotz langjähriger Forschung sind immer noch viele physikalische Eigenheiten der Plasmatechnik im Detail ungeklärt. Dazu gehört auch der genaue Mechanismus der Energieeinkopplung in kapazitiv gekoppelte Niederdruckplasmen. Experimentell ist bereits Anfang der achtziger Jahre nachgewiesen worden, dass die konventionelle Ohmsche Heizung nur für Gasdrücke oberhalb von zehn Pascal den dominierenden Heizmechanismus darstellt. Bei Drücken unterhalb von zehn Pascal verliert der Ohmsche Heizmechanismus an Effizienz und es dominiert ein alternativer Heizprozess, die so genannte stochastische oder kollisionslose Heizung. Während der Mechanismus der Ohmschen Heizung detailliert verstanden ist, erscheint die Funktionsweise der stochastischen Heizung nach Jahren der Forschung immer noch unklar.

In der vorliegenden Arbeit ist ein auf der kinetischen Theorie basierendes, konsistentes Plasmamodell entwickelt worden, anhand dessen die verschiedenen Heizprozesse eindeutig identifiziert und quantitativ bestimmt werden können. Unter anderem wird auch auf Basis dieses Modells die in der Literatur umstrittene These bewiesen, dass neben dem Ohmschen Heizprozess zwei kollisionsfreie Heizprozesse, bekannt als Fermi- und Pressure-Heating, koexistieren.