Kapazitiv gekoppelte Plasmastrahler zur Erzeugung von 222 nm Excimerstrahlung mit gedruckten Elektrodenstrukturen : Krypton-Chlorid- Flachlampen zur flächigen Erzeugung von UV-Strahlung

Kapazitiv gekoppelte Dielektrisch Behinderte Entladungen (DBE) sind weit verbreitet in verschiedenen Anwendungen. So werden diese beispielsweise bei der UV- und Ozon-Erzeugung eingesetzt [1]. Typische DBEs bestehen aus einem Gasraum, welcher durch ein Dielektrikum von den Anregungselektroden abgetrennt ist. Hierbei spielt die Elektrodenstruktur in Bezug auf die Abschattung der erzeugten Strahlung,
sowie in Bezug der elektrischen Anregungscharakteristik eine bedeutende Rolle [2].
Um auch komplexe Elektrodenstrukturen erzeugen zu können, wurden bisher Lithografie-Prozesse genutzt. Allerdings sind erste Publikationen mit gedruckten Elektroden zu finden [3]. Auch am Lichttechnischen Institut des Karlsruher Instituts für Technologie wurden erste Versuche mit komplexen gedruckten Elektrodenstrukturen durchgeführt.
Die Elektrodenstrukturen wurden an einem Aerosol-Jet Drucker (AJ 5X, Optomec) hergestellt. Dabei wird eine auf Silbernanopartikel (JS-A221AE, NovaCentrix) basierende Tinte in einem Ultraschallbad vernebelt. Dieser Tintennebel wird mithilfe eines Stickstoffstroms zur Druckerdüse transportiert und durch einen weiteren einhüllenden Stickstoffstrom komprimiert und fokussiert. ... mehrDadurch kann eine minimale Strukturgröße von 10 µm erreicht werden. Aufgrund des maskenlosen Digitaldrucks eignet sich diese Verfahren zur schnellen Entwicklung und Herstellung komplexer Strukturen in 2D und 3D.
Um die Tinte im Anschluss zu sintern wurde photonisches Flashsintern (PulseForge 1200, NovaCentrix) verwendet. Dabei erzeugt ein kurzer ochenergetische Blitz für einige hundert Mikrosekunden mehrere 100°C in der optisch absorbierenden Tinte und initiiert den Sinterprozess.
Die so gefertigten Strahlerkörper mit Abmessung (8cm*8cm*0.6cm) wurden mit einer Krypton-Chlorid-Mischung gefüllt und als DBE-Excimerstrahler betrieben. Die erzeugte 222 nm Excimerstrahlung, sowie die elektrischen Parameter der Entladung wurden vermessen und der Strahler charakterisiert.
[1] Lomaev, M.I.; Sosnin, E.A.; Tarasenko, V.F. Excilamps and their applications. Progress in Quantum
Electronics 2012 , 36, 51–97. https://doi.org/10.1016/j.pquantelec.2012.03.003.
[2] Finantu-Dinu, E. Dielektrisch behinderte Entladungen: Grundlegende Untersuchungen und
Anwendungsbeispiele; VDM Verl. Müller: Saarbrücken, 2007
[3] Sato, S.; Enokido, T.; Ashikawa, K.; Matsubara, M.; Kanie, K.; Ohnishi, N. Development of a flexible
dielectric-barrier-discharge plasma actuator fabricated by inkjet printing using silver nanoparticles-based
ink. Sensors and Actuators A: Physical 2021 , 330, 112823. https://doi.org/10.1016/j.sna.2021.112823.