Plasmafysica en stof tot nadenken

De combinatie van stofdeeltjes en plasma is in 2014 bezig aan een ware revival. Waar we plasma’s – ofwel geïoniseerde gassen – tegenwoordig vooral kennen van toepassingen in televisies, TL-buizen en natuurlijk van de enorme bal plasma die de zon heet, bleek plasma in de jaren zeventig ook een ideaal medium voor de halfgeleiderindustrie om mee te etsen. Een van de belangrijkste redenen waarom het etsen met behulp van plasma veelal de voorkeur kreeg boven het chemisch nat etsen, is het feit dat plasma-etsen anisotroop gebeurt. Dat wil zeggen dat bij plasma-etsen geladen gasatomen richting het te etsen substraat-oppervlak worden versneld en daar met hoge snelheid en altijd loodrecht aankomen. Zodoende kunnen dus diepe, smalle sporen worden geëtst.

Om aan de wet van behoud van nadelen en voordelen te voldoen, was de combinatie van fysische en chemische processen in de gebruikte plasma’s zo, dat er tijdens het etsproces stofdeeltjes ontstonden die zorgden voor een vernietigende verontreiniging van het gehele proces. Het vakgebied ‘stoffig plasma’ werd geboren, met als doel om precies te bestuderen hoe deze stofdeeltjes zich vormden, hoe ze zich gedroegen en hoe hun aanwezigheid voorkomen kon worden. Nederlandse onderzoekers gingen intensieve samenwerkingsverbanden aan met de Nederlandse industrie in het binnenland en andere universiteiten in het buitenland om deze ‘negatieve effecten’ van stofdeeltjes in plasma te bestuderen.

Eind jaren ’90 liepen de onderzoeksinspanningen in dit veld terug. Voor de industrie was dit een goed signaal; dat betekende immers dat de meest cruciale problemen die de aanwezigheid van stofdeeltjes in (ets-)plasma’s veroorzaakten waren opgelost. Na een lange termijn van relatieve rust is het vakgebied de laatste paar jaren, en in 2014 nog meer dan in de voorgaande jaren, weer helemaal terug. Hierbij speelden onderzoekers van de Technische Universiteit Eindhoven een rol. Dit keer geven hoogwaardige technologische ontwikkelingen, die vooral door de Nederlandse industrie worden gedreven, onderzoekers zelfs de kans om stofdeeltjes in plasma aan te wenden voor positieve zaken. Zo kan onderzoek naar nanodeeltjes (stofdeeltjes van een paar nanometer [één miljardste meter]) met een kristallijne structuur – zogenaamde quantum dots – worden aangewend om zonnecellen en LED-verlichting efficiënter en stabieler te maken, maar ook om bijvoorbeeld ultravroege detectie van kankercellen in het lichaam mogelijk te maken zonder dat de patiënt onder het mes hoeft. Het is juist de combinatie met plasma die controle over de groei en de chemische eigenschappen van dit soort nanodeeltjes mogelijk maakt.


 

Dr. ir. Job Beckers studeerde Technische Natuurkunde aan de Technische Universiteit Eindhoven (TU/e). In 2011 promoveerde hij Cum Laude op ‘Dust Particle(s) (as) diagnostics in Plasmas’. Na zijn promotie werkte Job bij Xtreme Technologies in Aken, Duitsland, aan de industriële ontwikkeling van een extreem-ultraviolette lichtbron voor de lithografie-industrie. Momenteel is Job universitair docent aan de TU/e met een sterke focus op het groeien, opsluiten en chemisch bewerken van nanodeeltjes in plasma’s.