Das von der DFG geförderte Projekt „Elektronenheizung in kapazitiven RF Plasmen basierend auf Momenten der Boltzmann-Gleichung: Von fundamentalem Verständnis zu wissensbasierter Prozesskontrolle“ wurde im Juni 2020 gestartet. Ziel des Projekts ist es, Elektronenheizung in kapazitiv gekoppelten Plasmen (CCPs) grundlegend zu verstehen.

Elektronenleistungsabsorption (traditionell Elektronenheizung), d.h. der Prozess wie die Elektronen im Plasma durch eine Wechselwirkung mit dem orts- und zeitabhängigen elektrischen Feld und den anderen Teilchen (durch Stöße) ihre Energie aufnehmen bzw. abgeben können, ist eine fundamentale Frage im Bereich der Niedertemperaturplasmaphysik. Wegen der Vielzahl von industriellen und biologischen Anwendungen, für die CCPs eingesetzt werden, würde ein besseres Verständnis von Elektronenheizung auch dazu grundlegend beitragen, diese Plasmaquellen energetisch besser optimieren und bessere Prozesskontrolle erreichen zu können.

Wegen derer Komplexität, ist eine komplett analytische Beschreibung der Elektronenheizung in CCPs nicht möglich: deswegen liegt der Schwerpunkt der Arbeiten im Projekt daran, Particle-In-Cell/Monte-Carlo-Collisions Simulationen, eine selbstkonsistente, kinetische Simulationsmethode, zu nutzen, um CCPs zu simulieren. Mithilfe einer Analyse basierend auf der ersten Geschwindigkeitsmomentgleichung der Boltzmann-Gleichung, kann die orts- und zeitaufgelöste Leistung, die an die Elektronen dissipiert wird, berechnet und in verschiedene Terme aufgeteilt werden, von denen jeder einem bestimmten physikalischen Mechanismus entspricht. Diese Analyse kann die Elektronenheizung komplett und selbstkonsistent beschreiben. Das Ziel des Projekts ist es, die Rolle und Hierarchie dieser Terme unter verschiedenen Bedingungen (Nieder- / Atmosphärendruck, verschiedene Spannungsformen, usw.) zu verstehen, und dadurch Prognosen zu machen, wie Plasmaquellen besser optimiert werden könnten.