Mikrodalga girişimmetre ile plazma tanısı ve plazma sterilizasyonu

Abstract

ÖZET: Kapasitif kavramak RF plazma, elektron salınım rezonans plazma, iyon elektron dağılım fonksiyonu, mikrodalga girişimmetre. Biyomedikal, uzay, uçak, tekstil, gıda ve orman sanayi gibi pek çok alanda uygulama alanı bulan plazma sistemleri, elektronikte VLSI ve ULSI ürünlerinin gerçekleştirilmesini sağlayan yegane yöntemlerdir. Dolayısı ile bu sistemlerin temel yapısının anlaşılması ve farklı uygulama alanlarında ortaya çıkabilecek muhtemel problemlerin çözümü için, plazma ve plazma parametrelerinin kontrol edilebilmesi gerekmektedir. Bu çalışmada, kapasitif kavramalı kapalı bir plazma düzeneğinde elektron yoğunluk dağılımının, uygulanan RF kaynakların gücü ve ortam basıncı ile olan ilişkisi incelenmiştir. İki parçadan oluşan bu çalışmanın ilk bölümünde, IEDF ve MDGM düzenekleri kullanarak sisteme ilişkin elektron yoğunluk tespiti yapmanın mümkün olduğu görülmüştür. Bunlardan IEDF plazma kılıfı içerisindeki iyon yoğunluğunu, MDGM ise plazma merkezinde oluşan elektron yoğunluğunu vermektedir. Bütün şartlar altında her iki yöntemin birbirini ayrı şekilde izlemesi beklenirken, yüksek RF kaynak gücü uygulamaları ile birbirlerinden uzaklaştıkları görülmüştür. Bu çalışmada elde edilen diğer önemli sonuç, sisteme ilave olarak uygulanan ikinci RF kaynak gücünün, birinci RF kaynak gücüne oram arttıkça hem merkezdeki elektron yoğunluğunun hem de elektron yüzeyine çarpan iyon sayısı ile iyon enerji seviyesinin düşmesidir. Bu sonuç, söz konusu oran ile, plazma yoğunluğu, iyon enerjisi ve elektron yoğunluğunun eksenel dağılımının kontrol edilebileceğini göstermiştir. Bu çalışmanın uygulama kısmında, polimer tabanlı malzeme olan silikon sondanın, mikrodalga plazma ile sterilizasyon incelenmiştir. Çalışma, farklı mikrodalga kaynak gücü ve farklı uygulama süreleri ile azot ve argon gazlan kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Uygulama, iki 2 adet sporlu, 2 adet sporsuz bakteri üzerinde denenmiştir. Her iki gaz ile yapılan uygulamada da mutlak sterilizasyon süresinin 1 saatten az ve geleneksel yöntemlere nazaran çok hızlı olduğu görülmüştür. Azot plazma, iyonlaşma sırasında ortaya çıkardığı radikaller nedeni ile daha başarılı sonuç vermiştir.

DIAGNOSIS OF PLASMA BY MW INTERFEROMETER and PLASMA STERILISATION SUMMARY Key Words: Capacitively coupled RF plasma, electron cyclotron resonance plasma, ion electron distribution function, microwave inteRFerometer. Plasma systems allow us lots of technologies applicable to biomedical, space, food, textile and wood industry as well as VLSI/ULSI application in electronics industry. This is the main concern that physics and basics of these systems need to be understood clearly to solve possible problems to be seen in the future. Controlling plasma related parameters is a next step. Through out this study, an axial electron number density distribution of confined capacitively coupled plasma has been investigated to clarify its relation with applied power level and power ratio of primary and secondary frequency. Through the first part of this study, it is obtained that both IEDF and MWI allow us to measure electron number density. IEDF measures ions in plasma sheath, and MWI measures electron number density through bulk plasma. It is obtained that both method does not track each other in a good manner for high level of applied power, as expected. But they are in good agreement for low power levels. Second important outcome of this study is that while increasing the ratio of secondary RF source power to the primary RF power, electron number density through the bulk plasma, number of ions hitting to the surface of electrode and their energy levels are decreasing in control. This result shows that electron number density and its axial distribution in bulk plasma, and ion number of ions and their energy levels through the electrode surface can be controlled by this ratio. Sterilization of a silicone catheter that its structure is based on polymer by microwave discharge has been investigated as an application. Study has been carried out at various microwave source power and various treatment time by using nitrogen and argon gases. Application has been treated on 4 bacteria types that two of them has spores and others not. Absolute sterilization time for both gases has been obtained in less than a hour which much more shorter sterilization time than classical methods. In contrast, since nitrogen dissociates to yield nitrogen radicals, nitrogen discharge has better sterilization time. Xll