Post on 03-Feb-2022
1
IfU GmbH University. Lichtenau Dortmund
IFU Dipl.-Phys. S. Marke – Mühlleithen 2004
����������� ���������������������������������� �����������������������
�� �������������������� ���� ��� ��� �������������������� ���� ��� �
��� ����������� ���� ����������� �
������������� ����������������������� �������������������
������������ ������������������������� ��!� ���������� ���������"#�������� ������
�����$������$�%%������&�������������������&�������������������'�����'�����(( ����������������$�)���������������$�)�����**
+,,-����+,,-�����.����������.���������
IfU GmbH University. Lichtenau Dortmund
IFU Dipl.-Phys. S. Marke – Mühlleithen 2004
������������
• IfU Diagnostic Systems GmbH
• Acoustooptic Spectrometer (AOS)
• Motivation of Experiments
• Reactor Concept
• Imaging Spectrometer
• Spectroscopy Results
• Yield and Chemical Conversion
• Conclusion and Future Work
2
IfU GmbH University. Lichtenau Dortmund
IFU Dipl.-Phys. S. Marke – Mühlleithen 2004
������ �������������������������� ��!�������� ��!
Developer, Producer and Distributor of Fast Optical Emission Spectrometer based on
AOTF (acoustooptic tunable filter)
IfU Diagnostic Systems GmbH
� Gottfried-Schenker-Str. 18 09244 Lichtenau
� (+49) 037 208 / 889 0� (+49) 037 208 / 889 29� www.ifu.de oder info@ifu.de
IfU GmbH University. Lichtenau Dortmund
IFU Dipl.-Phys. S. Marke – Mühlleithen 2004
• imaging spectroscopy at large area applications
• monitoring of voluminous plasma processes
• multi chamber magnetron sputtering
• process control at different regions inside the discharge
• pulsed magnetron sputtering processes
• periodic rf/mf applications
• process control
������������ ����������������� ��������������������� ����������������� � �� ������������� �������������
Time resolution
����Light sensitivity
����Spatial resolution
} twodimensional
Aperture
8x8 mm²
3
IfU GmbH University. Lichtenau Dortmund
IFU Dipl.-Phys. S. Marke – Mühlleithen 2004
������������������ �� ���������� �� � �� ���������� �� � ����������������������� �������������������� ���������� ����������������������� �������������������� ����������
fourfour--channelchannelsinglesingle--channelchannel
videovideoTechnical parameters AOS 4(5) spectral range 245 nm ......800 nmspectral resolution 0.05nm @ 250nm ,
0.5nm @ 800nmwavelength access 5(1) millisecondstime resolution in 200(10) ns pulse mode size 19” rack, height 4
IfU GmbH University. Lichtenau Dortmund
IFU Dipl.-Phys. S. Marke – Mühlleithen 2004
!- ⇔ �/�+!+ /0-��12���
�+ ⇔ �/��+ /-,3��12���
+ �/��+ ⇔ + � (+-3��12���
4444444444444444444444444444444444
!- /� �+ ⇔ + ��/�+!+/+--��12��
����������������
• Green house effect – reduction of Carbon dioxide
• Plasma activation of CO2
• CO2 can be used for chemical synthesis
• Optical emissionspectroscopy forprocess control
• Optimisation of homogeneousactiovation usingimaging spectroscopy
4
IfU GmbH University. Lichtenau Dortmund
IFU Dipl.-Phys. S. Marke – Mühlleithen 2004
plas
ma
sour
cere
actio
ntu
bere
acto
r hea
dpl
asm
a so
urce
reac
tion
tube
reac
tor h
ead
'����������������������'����������������������CYRANNUS® I plasma source from Iplas GmbH, Germany
microwave power: up to 6 kW
flow rates: about 10 m³/h
(200 m³/h possible in inefficient mode)
Gas supply:Carbon Dioxide, Argon, Methane, Hydrogen
IfU GmbH University. Lichtenau Dortmund
IFU Dipl.-Phys. S. Marke – Mühlleithen 2004
������������������5��$����������������������5��$����
������������������������������������������������
5
IfU GmbH University. Lichtenau Dortmund
IFU Dipl.-Phys. S. Marke – Mühlleithen 2004
�$�������������������$������������������(( �����$��������������$���������
������������ � ��������� �
����������������� ���� � �� ��� � �
������������������ ������ �����������
���������������� � �� ������
IfU GmbH University. Lichtenau Dortmund
IFU Dipl.-Phys. S. Marke – Mühlleithen 2004
��$������$�������������������������$������$�����������������������
$��������������$������$�������$��������������$������$�������
Following specimen were found in emission spectrum:
C – Atomic Carbon,
C2,C3, C4 – Carbon cluster
O – Atomic Oxygen (triplet)
H – Atomic Hydrogen
OH, CH – Bands 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800
Hα
O
C2
C2
C2CHC4 C3OH
OH
C
wavelength [nm]
6
IfU GmbH University. Lichtenau Dortmund
IFU Dipl.-Phys. S. Marke – Mühlleithen 2004
"��"��((6�����������6������������������������������������������$������������������������������������������$�����������
• Spectrum mode –integration of intensity at selectedarea for everywavelength
• Chrongram mode –sampling of picturesfor selectedwavelengthsC2-Emission at 516 nm
Central range of plasma source
IfU GmbH University. Lichtenau Dortmund
IFU Dipl.-Phys. S. Marke – Mühlleithen 2004
��������������������������������������������������������((���$��������$�����
�������������������7$���������������������������7$��������
7
IfU GmbH University. Lichtenau Dortmund
IFU Dipl.-Phys. S. Marke – Mühlleithen 2004
�������������� �������������� ++((����������������������������������
������������������������������������������������������
������������������������������������
IfU GmbH University. Lichtenau Dortmund
IFU Dipl.-Phys. S. Marke – Mühlleithen 2004
8������������������ 8������������������ ++((������������������������
����������������������������������������������������
8
IfU GmbH University. Lichtenau Dortmund
IFU Dipl.-Phys. S. Marke – Mühlleithen 2004
������������������������$�������� ������������������������$��������
������������������� ������������������������������ �����������
�������������$������-9,,��������������$������-9,,�
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
60,00
70,00
80,00
90,00
100,00
0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2
CO2 conversion, 4500 W
CH 4 conversion, 4500 W
C/O-ratio [ mol/mol ]
conv
ersi
on[%
]
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
60,00
70,00
80,00
90,00
100,00
0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2
CO2 conversion, 4500 W
CH 4 conversion, 4500 W
C/O-ratio [ mol/mol ]
conv
ersi
on[%
]
IfU GmbH University. Lichtenau Dortmund
IFU Dipl.-Phys. S. Marke – Mühlleithen 2004
:���������������$�������$������:���������������$�������$������
��������������������� �������������������������������� �����������
�������������$������-9,,��������������$������-9,,�
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2
C/O-ratio, [ mol/mol ]
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
CO yield, 4500 W
H2 yield, 4500 W
temperature
yiel
d[%
]
tem
pera
ture
[°C
]
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2
C/O-ratio, [ mol/mol ]
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
CO yield, 4500 W
H2 yield, 4500 W
temperature
yiel
d[%
]
tem
pera
ture
[°C
]
9
IfU GmbH University. Lichtenau Dortmund
IFU Dipl.-Phys. S. Marke – Mühlleithen 2004
• Plasma activation of Carbon dioxide adding Methane is able to produce synthesis gas,
• Synthesis reactor handles up to 10 m3/h gas flow,
• Time resolved emission spectroscopy is able to optimise the plasma activation process
- for conversion of raw material,
- yield of conversion,
- pre selection of conversion products,
• Acoustooptic imaging spectroscopy – useful method to investigate large area or volume plasma phenomena. .
�������� ��������
IfU GmbH University. Lichtenau Dortmund
IFU Dipl.-Phys. S. Marke – Mühlleithen 2004
• Imaging Spectroscopy• spatial resolution 100x100 pixels• picture sampling rate 40ms/picture• extend the wavelength range to UV
• Time Resolution- wavelength access: 1ms- pulse mode: 10ns - periodical application: less 10ns (phase shift method)
• Process Control- evaluation of DAC-module- AOS-Profibus-implementation
;���������;���������