Primäres und sekundäres Plasma

Primäres Plasma

Als primäres Plasma wird der Bereich eines Plasmas bezeichnet, der sich im Kern der Entladung (im Bild entspricht das dem Lichtbogen) befindet. Dort wird die elektrische oder elektromagnetische Energie einer externen Energiequelle direkt in das Prozessgas eingekoppelt. In diesem Gebiet entstehen die charakteristischen plasma­typischen Zustände: hohe Ionisationsraten, eine hohe Elektronendichte und eine deutlich erhöhte Elektronentemperatur. Besonders im primären Plasma ist die Elektronentemperatur wesentlich höher als die Temperatur der Ionen und neutralen Teilchen. Dadurch handelt es sich in vielen technischen Anwendungen um ein Nichtgleichgewichtsplasma, in dem die Elektronen stark energetisiert sind, während das Gas insgesamt keine signifikante thermische Erwärmung erfährt.

Im primären Plasma dominieren hochenergetische Elektronen, die durch das angelegte Feld stark beschleunigt werden. Sie kollidieren mit neutralen Gasatomen oder -molekülen und erzeugen durch Stoßionisation, Anregung und Dissoziation eine Vielzahl weiterer Reaktionen. Das Ergebnis ist ein stark aktiviertes Gasgemisch aus Ionen, Elektronen, Radikalen und metastabilen Spezies. Dieses Gebiet ist räumlich meist gut abgegrenzt und stellt den reaktivsten Bereich des gesamten Plasmasystems dar.

Sekundäres Plasma

Von einem sekundären Plasma wird gesprochen, wenn die Ionisation und Aktivierung nicht mehr durch die direkte Energieeinspeisung erfolgt, sondern durch nachgelagerte Folgeprozesse, die vom Primärplasma ausgehen. Sekundäres Plasma oder Plasmagas bezeichnet also die neutralen (semi-)stabilen Gasteilchen, die bei einer Plasmaentladung durch Rekombination entstehen. Da hier keine direkte Kopplung an die Energiequelle mehr erfolgt, verlieren Elektronen und Ionen sukzessive Energie durch Stöße und Rekombination. Die Elektronendichte und Elektronentemperatur sinken daher deutlich ab. Gleichzeitig dominieren dort überwiegend langsame Sekundärelektronen, metastabile Spezies und Photonen, die weit weniger Energie tragen als die hochbeschleunigten Elektronen im Primärbereich, weshalb das sekundäre Plasma energetisch kühler und diffuser ist als das primäre Plasma. Dieser Zustand ist in der eigentlichen Definition kein Plasma mehr, sondern lediglich ein Gasgemisch und wird deshalb als sekundäres Plasma bezeichnet.