Obiectivul general:
Studiul și însușirea noțiunilor fundamentale din domeniul fizicii descărcărilor electrice (fizicii plasmei).
Înțelegerea fenomenelor fizice care au loc în a patra stare energetică a materiei.
Studierea aplicațiilor plasmei în: fizică, chimie, biologie, inginerie, mediu.
Obiective specifice:
Dobândirea deprinderilor necesare pentru:
Înțelegerea fenomenelor fizice și chimice care guvernează starea de plasmă
Design-ul și proiectarea unor circuite electronice pentru amorsarea descărcărilor electrice (plasmelor) în condiții de presiune atmosferică (open air plasma)
Design-ul și proiectarea unor tipuri de incinte de reacție cu plasmă rece pentru aplicații practice imediate (aplicații în ingineria suprafețelor, medicină, chimie în plasmă, etc.)
Scurtă introducere:
Datorită portabilității mari și caracterului de neechilibru al descărcării, plasmele non-termice sunt din ce în ce mai studiate în ultimii ani. Aceste tipuri de descărcări generează medii puternic reactive ce conțin particule purtătoare de sarcină, specii active, radicali și fotoni, iar datorită dimensiunilor fizice mici, necesită puteri consumate reduse ceea ce le face apte să fie integrate în echipamentele portabile de măsură.
Plasmele non-termice au intrat în centrul atenției specialiștilor datorită potențialului economic și impactului tehnologic ridicat în multe domenii ale științei și tehnicii.
Primele experimente care au folosit plasme reci de înaltă frecvență s-au desfășurat în anii ’50, dar dezvoltarea și studiul pe scară largă al acestor plasme a demarat intens după 1990 când a început dezvoltarea expansivă a microelectronicii și a microtehnologiilor în general.
Domeniile generale de aplicare cuprind aplicații bio-medicale, afișaje și display-uri cu plasmă, surse de particule și/sau de radiații ionizante, sisteme de analiză chimică, analizoare de gaze, fotodetectoare, lasere, echipamente dinamice de microunde, reactoare de proces cu plasmă rece, sisteme de propulsie, sisteme de control a curgerii aerului (aplicații în aerodinamică), procesarea materialelor precum și aplicații de mediu.
Plasmele non-termice pot fi amorsate și întreținute într-un domeniu larg de presiuni și puteri de intrare. După cum reiese din legea lui Paschen, funcționarea la presiuni ridicate favorizează generarea plasmelor de dimensiuni mici. Experimental s-au generat plasme în condiții de presiune de ordinul zecilor de mTorr precum și la presiuni foarte ridicate, de ordinul zecilor de atmosfere. Funcționarea la presiuni joase este de preferat pentru aplicațiile de monitorizare a gazelor de evacuare din sistemele de vid precum și în aplicațiile unde sunt necesare volume de plasme fără coliziuni între particule, ca de exemplu acoperirile prin pulverizare catodică.
În general, plasmele non-termice de înaltă frecvență funcționează sub presiuni mai ridicate decât descărcările convenționale iar funcționarea la presiune atmosferică este de interes special din punctul de vedere al posibilității integrării lor în echipamente portabile de măsură sau de diagnoză, datorită faptului că se elimină necesitatea dispozitivelor pentru producerea vidului. Descărcările reci generate la presiune atmosferică prezintă unele caracteristici fizice comune cu descărcările la presiune scăzută utilizate în industria semiconductorilor. Parametri care trebuie luați în considerare în cazul plasmelor de înaltă frecvență sunt puterea de intrare consumată (în special în cazul echipamentelor portabile) și frecvența de lucru.
Plasmele non-termice generate la presiune atmosferică pot funcționa cu nivele foarte reduse de putere (Pin < 1 W), densitățile de putere atinse în descărcare se situează în domeniul kW/cm3, în unele aplicații putându-se atinge chiar și densități de putere de ordinul MW/cm3, adică cu un ordin de mărime mai mare decât în cazul plasmelor generate la presiuni subatmosferice. Timpul de viață și durata de utilizare a unui echipament care utilizează plasmă de înaltă frecvență este limitată de eroziunea electrozilor care vin în contact cu descărcarea, eroziune provocată de particulele de energie mare prezente în descărcare. Eroziunea electrozilor este de asemenea un efect nedorit din cauza contaminării produse. În general, timpul de utilizare al echipamentelor cu plasmă de înaltă frecvență se poate îmbunătăți dacă se utilizează un sistem de generare fără electrozi în contact direct cu descărcarea, temperaturi mici ale gazului de întreținere a descărcării, straturi de protecție, de exemplu straturi de oxid de magneziu/alumină în cazul afișajelor cu plasmă, amestecuri de gaze atent alese precum și utilizarea unor potențiale flotante cât mai reduse.
