EP0965253B1 - Verfahren und vorrichtung zum erzeugen eines plasmas - Google Patents

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EP0965253B1
EP0965253B1 EP98905135A EP98905135A EP0965253B1 EP 0965253 B1 EP0965253 B1 EP 0965253B1 EP 98905135 A EP98905135 A EP 98905135A EP 98905135 A EP98905135 A EP 98905135A EP 0965253 B1 EP0965253 B1 EP 0965253B1
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EP
European Patent Office
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plasma
electrodes
isolator
opening
gas
Prior art date
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EP98905135A
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Bernhard Platzer
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Individual
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/26—Plasma torches
    • H05H1/30—Plasma torches using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/26—Plasma torches
    • H05H1/32—Plasma torches using an arc
    • H05H1/34—Details, e.g. electrodes, nozzles
    • H05H1/3431—Coaxial cylindrical electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
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    • H05H1/32—Plasma torches using an arc
    • H05H1/34—Details, e.g. electrodes, nozzles
    • H05H1/3478—Geometrical details

Definitions

  • the present invention relates to a method for Generating an RF / HF-induced, low-energy plasma, in particular noble gas plasma, and on a device to generate an RF / HF-induced, low-energy Plasmas, in particular noble gas plasmas, with a generator and a supply for the plasma gas.
  • a plasma for example as a radiation source, especially in emission spectrometry
  • a plasma for example as a radiation source, especially in emission spectrometry
  • a sample in the plasma is, for example, in the range of Investigations in connection with atomic emission, chemiluminescence, ion mobility and as an ion source for mass spectrometry.
  • Plasma for example, as a source for slow, thermalized Electrons are used.
  • a gas component ionized In the field of ionization technology for mass spectrometry beyond that with the help of an electrical discharge, usually one Corona tip discharge, a gas component ionized, whereby this gas component in turn ionizes the sample molecule.
  • a photo ionization detector Such a plasma can be in particular a point-like one Use light source for VUV radiation.
  • microplasma can be used to generate ozone, if in applications the total gas flow during ozone generation must be very low, for example if the ozone into the vacuum of an analyzer.
  • such a plasma serves, for example, in general for the generation of redox reagents when introducing small Quantities in gaseous or liquid systems.
  • Other uses of such a plasma for example in a VUV light source for surface treatment, especially at atmospheric pressure.
  • DE-A 26 46 785 a plasma panel is known become a discharge path of insulator layers is limited and to generate the plasma ring electrodes are provided, which are fed with a DC voltage become.
  • a plasma processing device can be moreover, for example, from JP-A 8273894.
  • the present invention now aims at starting from a method and the prior art mentioned at the beginning a device for generating a low energy To create plasmas with which in from process engineering View simple and stable way of generating a low energy Plasma is enabled. Hiebei will be particularly to achieve a small spatial extent having plasma while simplifying it aimed at heat dissipation.
  • the method according to the invention is used to achieve this object to generate an RF / HF-induced, low-energy Plasmas, in particular noble gas plasma, essentially as a result characterized that the energy over two spaced parallel, in particular ring-shaped or disc-shaped electrodes with each at least one passage opening is introduced that the Plasma from at least one arranged between the electrodes Isolator with at least one of the passage opening assigned to the electrode, in particular circular, Passage opening is limited and that the pressure of the plasma gas with at least 0.01 bar, preferably between 0.1 and 5 bar.
  • Plasma from at least one between substantially parallel arranged in relation to one another, in particular ring-shaped or disk-shaped Electrode arranged insulator is successful a definition of the desired one according to the application Dimensions of the plasma, which correspond to the Requirements can be selected. Furthermore, immediately over the insulator, in particular its circular Through openings the plasma is generated and maintained will, in a simple manner and without the provision of additional Inclusion elements, such as tubes in known Training, a safe limitation of the plasma with simultaneous Ensuring heat dissipation from the immediate Area of the plasma can be achieved.
  • the plasma is generated at atmospheric pressure so that a further simplification when carrying out the procedure to generate the low-energy plasma at low Gas consumption is achievable.
  • the power of the plasma is below 30 W, preferably less than 10 W is selected, so that even with simple means safe and sufficient heat dissipation without provision of complex cooling mechanisms can be achieved, with an array of plasma discharges the power for each one Discharge is achievable.
  • the frequency with at least 5 kHz preferably in the range between 50 kHz and 5 GHz, in particular at least 10 MHz
  • the upper limit is essentially given by the fact that the generates electromagnetic energy with discrete components and can be transported over lines. Particularly preferred this results, for example, in the area between around 25 and 45 MHz as well as over 1000 MHz, in particular at around 2450 MHz, simple and inexpensive to use, electronic Components.
  • the plasma gas is proposed the inventive method that the plasma gas is selected from helium or argon, where especially helium as a plasma gas due to its low Atomic mass is preferred because there is little erosion on the electrodes caused.
  • a helium plasma also offers the best excitation conditions for halogens and other non-metals, while argon mainly in technical applications can be provided.
  • an admixing gas is added to the plasma gas in an amount of at most 35% by volume, preferably max. 25% by volume is admixed, the admixing gas being selected in particular from CO 2 , air, hydrogen and oxygen, as this corresponds to a further preferred embodiment.
  • the admixing gas being selected in particular from CO 2 , air, hydrogen and oxygen, as this corresponds to a further preferred embodiment.
  • hydrogen can be added in a relatively high proportion at reduced pressure, with hydrogen also being particularly important for photoionization.
  • Oxygen is used as an admixing gas, in particular for generating ozone or for generating oxygen atom emission radiation in a photoionization detector, or as an admixing gas in gas chromatography for preventing soot deposits during the decomposition of organic compounds.
  • the Generator with two spaced parallel, in particular annular or disk-shaped electrodes coupled with at least one passage opening is that at least one insulator between the electrodes at least one assigned to the passage openings of the electrodes, in particular circular, passage opening for Limitation of a plasma gas under a pressure of at least 0.01 bar, preferably between 0.1 and 5 bar Plasmas is arranged and that the clear width of the Passage opening of the electrodes at least twice, especially about four to eight times the clear width the passage opening in the isolator to limit the plasma is.
  • the clear width of the passage opening of the electrodes at least twice, especially about four to eight times, the clear width of the passage openings in the isolator to limit the plasma is also at small design and reliable introduction of the for Ignition and maintenance of the plasma required Energy protects the electrode material from the plasma achievable without additional inclusion elements for the plasma.
  • the training is made so that the electrodes with one each essentially centric, especially cylindrical or frustoconical, passage opening are formed, whereby with a compact design, a narrow, can form spatially stable discharge zone.
  • the capacity of the glow skin is increased preferably provided that the passage openings of the Electrodes with rounded edges are formed.
  • the invention on the formation of a small spatial extent and idealized as a point-like plasma target a narrow, spatially stable discharge zone in this context, particularly preferably proposed is that the clear width of the passage opening in the plasma-isolating insulator a maximum of 1 mm, preferably at least 0.01 mm, in particular about 0.05 to 0.3 mm, is, the thickness of the electrodes in this case between 0.1 to 1.5 mm.
  • the first Another insulator with one of the passage opening in the insulator arranged between the electrodes Limitation of the plasma essentially corresponding passage opening is connected upstream.
  • the gas upstream of the first electrode another insulator with a correspondingly narrow passage opening a shield towards the feed of the Plasma gas achieved so that an impairment of the to be supplied Plasma gas in front of through the between the electrodes defined location of the actual plasma generation with if necessary occurring undesirable side effects avoided becomes.
  • the electrodes and elements upstream of the isolator of the invention Device a wear or an influence exposed to a change in the actual Composition of the plasma gas could cause.
  • the the insulator upstream of the plasma could if this side is at earth potential, also made of metal, for example Pt / Ir exist.
  • the in the feed direction of Gases seen the first electrode with the upstream insulator is formed in one piece in a common component and that to limit the passage opening in the insulator of the plasma corresponding passage opening itself in particular conically widening recess.
  • the passage opening is preferably slight is smaller than the passage opening of the neighboring one Electrode as in another preferred embodiment corresponds to the device according to the invention.
  • the passage opening of this additional, downstream Isolator is slightly smaller than the passage opening the immediately adjacent electrode in turn, the protection of the surface of the electrodes is improved and in particular a spatial limitation of the glow discharge is achieved on the electrode, whereby the energy consumption of the entire plasma as well as the analytically interesting Zone stabilized in the opening of the middle insulator becomes.
  • the downstream isolator is adapted to downstream facilities, such as when using the plasma in connection with detectors regarding the opening angle of the emitted radiation as well as the field of vision of the downstream optics can be, the downstream insulator opening should be as large as possible if the large opening angle of the radiation emitted by the plasma is full should be used.
  • the plasma isolating insulator is disc-shaped and in its the passage opening showing middle area with opposite the edge regions of reduced thickness is formed.
  • the insulator has a larger one in its edge area Thickness, reliable protection against electrical Arcing essentially from the electrodes and the intermediate isolator unit formed Generation of the plasma, with a small thickness in the middle area of the isolator when choosing a suitable one Geometry is actually an essentially punctiform Plasma with correspondingly low power under atmospheric Pressure can be achieved.
  • the invention Device Due to the geometry of the electrodes proposed according to the invention as well as the isolators, it becomes possible to use the invention Device for a wide variety of uses to use. For example, in applications without analysis samples in plasma, where there is a comparative low dead volume does not primarily matter, especially the upstream electrode essentially be disc-shaped, with any opening for the Plasma gas supply must be provided, which in a modification of the Geometry of the insulators, for example, also arranged laterally can be or possibly formed by pores can.
  • the device according to the invention allows the narrow spatial Limiting the discharge of the plasma, which idealizes can be regarded as point-like, a steep one Temperature gradients, this especially when cooling the plasma gases when exiting the plasma nozzle or downstream isolator is important, and associated with it the formation of thermodynamically unstable reaction products by quenching.
  • an outlet nozzle or a downstream insulator is used which is a narrow isolator nozzle or one that second insulator can be downstream metal nozzle, wherein however, an electrical insulator for the extraction of ions is advantageous.
  • an admixing or auxiliary gas for example in the area between that between the electrodes arranged isolator and the downstream isolator, which defines the outlet nozzle can be provided to to increase the pressure in the plasma.
  • an admixing or auxiliary gas for example in the area between that between the electrodes arranged isolator and the downstream isolator, which defines the outlet nozzle can be provided to to increase the pressure in the plasma.
  • an admixing or auxiliary gas for example in the area between that between the electrodes arranged isolator and the downstream isolator, which defines the outlet nozzle can be provided to to increase the pressure in the plasma.
  • Sample or a reagent gas are introduced.
  • the arrangement of the electrodes according to the invention enables and the insulators that the electrodes or in particular the cylindrical inner surface of the plasma if possible are directly illuminated, which results in stabilization the discharge by releasing photoelectrons from the Metal surface results.
  • the material of the electrode is selected from Gold, platinum, tantalum, niobium, iridium, aluminum, platinum / iridium alloys, gold-plated metal or with precious metals galvanically coated base metal.
  • the plasma limiting insulator of panes made of alumina ceramics, Quartz, sapphire, ruby, diamond or electrically non- or poorly conductive oxide, nitride or carbide ceramics are formed is how this is another preferred embodiment of the Invention corresponds.
  • the consisting of the electrodes and the insulators existing central area for plasma generation, for example can also be prefabricated is preferred suggested that the electrodes and insulators either mechanically, for example by spring action are pressed together or by metal-ceramic connections known per se, especially by vacuum soldering or in a hydrogen atmosphere.
  • the Electrodes and the insulator (s) included in brackets and are stored gas-tight are also preferred. Due to the fact, that in particular the spatial dimensions of the plasma are extremely low, it is also preferably proposed that the brackets with centering for the electrodes and / or insulators are designed to have a even introduction of energy for ignition and maintenance to achieve the plasma.
  • the holders discharge and / or flushing openings, especially for the supply of an admixing gas have, whereby in particular in addition to the supply of admixing gases any resulting reaction products, which for example when using the plasma in connection with Analysis or detector devices in the field of plasma-generating Unity can occur, simply dissipated can.
  • brackets at least in the area of their electrodes and / or insulators adjacent or adjacent sealing surface coated, for example are gilded.
  • brackets for the electrodes with connections for the supply the RF / HF energy are formed.
  • the plasma isolator is possibly from extremely complex to manufacture and expensive Materials made to the properties you want the essentially punctiform, low-energy To obtain plasmas so that the aim is to as little material as possible for the isolator in the immediate vicinity Finding enough in the area of plasma generation.
  • the plasma confining Isolator is surrounded by another isolator, which the Centered insulator and shielded the electrodes from each other, this further insulator made of correspondingly less expensive Material such as boron nitrate, polyimide, each can be made according to temperature.
  • such a plasma can be use for different purposes, whereby in this connection is particularly preferably proposed that the plasma generation means for analyzing in the plasma brought in, materials to be examined is.
  • FIG. 1, 1 denotes two disk-shaped or ring-shaped electrodes arranged parallel to one another, between which an insulator 2, for example made of ruby, sapphire or generally a non-conductive or poorly conductive oxide ceramic, is arranged, the insulator 2 being a passage opening 3, in which a plasma with small dimensions, which are ideally considered to be punctiform, is subsequently generated.
  • an insulator 2 for example made of ruby, sapphire or generally a non-conductive or poorly conductive oxide ceramic
  • Each electrode 1 has a passage opening 4 which considerably exceeds the dimensions of the passage opening 3 of the insulator, which define the dimensions of the plasma to be generated, indicated schematically by 17, and is approximately two to ten times the inside width of the opening 3 ,
  • the electrodes 1 are mounted in schematically indicated brackets 5 and 6, respectively, via which a connection to a generator for supplying the energy for ignition and maintaining in the passage opening 3 of the insulator 2 is connected in a manner not shown, for example via a spring-loaded contact pin generating plasma takes place, a supply for a sample being designated 7.
  • a plasma gas such as helium or argon
  • an admixing gas such as CO 2 , Air, hydrogen or oxygen occurs in the area of the electrodes and insulators.
  • Fig. 1 From Fig. 1 it can be seen that the in the feed direction 8 or 19 upstream of the sample and the plasma gas first electrode a further insulator 9 is provided, the passage opening 10 dimensions, which are essentially the dimensions of the passage opening 3 of the insulator 2, in which the plasma 17 is generated correspond to.
  • This one in Flow direction 8 upstream insulator 9 is used in this essential to avoid penetration of the plasma into the Feed 7 and damage to the surrounding elements to avoid.
  • the passage opening 12 is slightly smaller than the clear opening of the immediate neighboring electrode 1. Downstream through this Isolator 11 succeeds according to the requirements an optimization or precise definition of the plasma 17 radiation generated in the opening 3.
  • the Passage opening 12 is at least slightly smaller than the passage opening 4 of the adjacent electrode 1 protected the electrode surface, and especially one spatial limitation of the glow discharge on the electrode achieved, whereby the energy consumption of the entire plasma as also the analytically interesting zone in the opening of the middle isolator is stabilized.
  • the electrodes 1 can have sputtering effects at their edges be rounded or have no sharp burrs.
  • the insulator 2 on its seen in the direction of flow 8 rear surface of a arcuate generatrix 13 is limited, so that in Insulator 2 has a reduced cross section in its central area results, so that seen in cross section in essential square dimensions of the passage opening 3 a spherical and idealized to be designated as a point Plasma 17 can be generated.
  • the diameter of the passage opening 3 in the insulator 2, which defines the dimensions of the plasma to be generated, can be less than 0.5 mm and for example around 0.1 to 0.2 mm. In contrast, the diameter is 4 Openings of the electrodes 1, for example, about 0.5-1 mm.
  • the thickness of the electrodes 1 and the insulators 2, 9 and 11 can be, for example, about 0.5 mm, with the Tapering of the insulator 2 in a central area correspondingly reduced thickness can be achieved.
  • a plasma source can thus be achieved using structurally simple means to provide, in which the spatial Dimensions of the plasma are very small and precisely definable are, so that at atmospheric conditions a low energy Plasma with a power of less than 20, for example W and preferably between 5 and 10 W can be achieved.
  • the low power also makes it possible safely dissipate the heat generated via the insulator 2, wherein, as can be seen from Fig. 1, the insulator 2 from one another insulator 14 is surrounded, which both the other Heat dissipation also serves as a safe shield of the two electrodes 1, which are located on both sides of the insulator 2 are arranged, allows.
  • the Bracket 6 discharge or rinsing openings 15 indicated, about which is carried out according to the arrows 20.
  • brackets 5 and 6 By providing the brackets 5 and 6 and the insulator 2 surrounding, additional insulator 14 succeeds safely Definition of the only small dimensions Individual elements, with a corresponding one gas-tight definition of the individual elements must become.
  • the brackets 5, 6 are hiebei with centering devices trained or serve as the centering of the passage openings 3, 10, 12 of the individual elements, with a surrounding, electrically insulating Housing is indicated schematically at 16.
  • brackets 5 and 6 at least in the area of the electrodes 1 and / or insulators 2, 9 and 11 adjacent or adjacent sealing surfaces coated, for example, are gold-plated.
  • connection of the electrode 1 to the insulators 2, 9 and 11 can, for example, mechanically with the provision of appropriate Springs which compress the electrodes 1 and insulators 2, 9 and 11 bring with it, take place or it can be known metal-ceramic compounds, such as Soldering in a vacuum or in a hydrogen atmosphere, be used to create a correspondingly dense unit of Electrodes 1 and the insulators 2, 9 and 11 in the holders 5 and 6 or between them.
  • Insulators 9 and 11 are the same Elements retain the reference numerals of the previous figure Service.
  • a device which is used as a plasma reactor two are again essential for plasma generation annular electrodes 1 are provided, which insulators 2, 9 or 11 with very small passage cross-sections between or upstream or downstream.
  • the storage of the Electrodes 1 and the insulators 2, 9 and 11 formed unit takes place again in brackets 5 and 6.
  • the brackets 5 and 6 are from others electrical insulators 22 and 23 at least partially overlapped.
  • an ion source can be a modified from the representation of FIG. 4 Connecting the supply source to the electrode, for example by swapping the connection for the earth potential, and be selected for the feeding of the RF energy.
  • the area of plasma generation, as it passes through the electrodes 1 and the insulators 2, 9 and 11 is a schematically indicated shielding device 28 connected downstream, in front of this shielding device 28 for use in a mass spectrometer
  • a fore vacuum is built up according to arrow 29, while subsequently in the area of the applied according to arrow 30 Reaction products a correspondingly higher vacuum is to be provided.
  • a supply of an admixing gas may be provided. Furthermore, the upstream Bracket 24 again with appropriate, not heating devices shown in detail.
  • the insulator 2 has a through opening 3 in which subsequently limits the plasma 17.
  • the Feed for a sample is denoted by 7.
  • the isolator 2 to limit the plasma 17 is again between two arranged in the form of rings or disks, the electrode 1 connected in the feed direction is again similar is formed to the preceding embodiments.
  • the one in Feed direction seen upstream electrode together with an insulator connected upstream of the first electrode this unit is designated 31.
  • the unit 31 is similar to the previous embodiments again an entry or passage opening 10, which essentially the passage opening 3 of the insulator 2 corresponds to the limitation of the plasma 17.
  • the unit formed by the electrodes and the insulators is in turn accommodated in brackets, which in the Fig. 6 shown embodiment designated 33 and 34 are. From Fig. 6 it can also be seen that unequal the previous embodiments of the isolator 2 for limitation of the plasma 7 extends to the holders 33 and 34, so that overall in the embodiment shown in Fig. 6 with a reduced number of each other individual parts to be coordinated or connected the sufficiency can be found.
  • both the electrodes and the insulator 2 to limit the plasma each with a large number formed by coordinated passage openings are, these through openings arranged here are that a concentration of the individual plasma sources output on a common Center or focus point can be achieved.

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Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erzeugen eines RF/HF-induzierten, niederenergetischen Plasmas, insbesondere Edelgasplasmas, sowie auf eine Vorrichtung zum Erzeugen eines RF/HF-induzierten, niederenergetischen Plasmas, insbesondere Edelgasplasmas, mit einem Generator und einer Zufuhr für das Plasmagas.
Verfahren und Vorrichtungen zum Erzeugen eines Plasmas, insbesondere eines Edelgasplasmas, sind in unterschiedlichen Ausführungsformen bekannt, wobei ein derartiges Plasma beispielsweise als Strahlungsquelle, insbesondere in der Emissionsspektrometrie, verwendet werden kann. Weitere Möglichkeiten des Einsatzes eines derartigen Plasmas bei Vorsehen einer Probe im Plasma liegen beispielsweise im Bereich der Untersuchungen im Zusammenhang mit Atomemission, Chemilumineszenz, der Ionenmobilität und als Ionenquelle für Massenspektrometrie. Ohne Verwendung einer Probe kann ein derartiges Plasma beispielsweise als Quelle für langsame, thermalisierte Elektronen verwendet werden. Im Bereich der Ionisierungstechnik für die Massenspektrometrie wird darüberhinaus mit Hilfe einer elektrischen Entladung, normalerweise einer Corona-Spitzenentladung, ein Gasbestandteil ionisiert, wobei dieser Gasbestandteil seinerseits das Probenmolekül ionisiert. Im Zusammenhang mit einem Photoionisationsdetektor läßt sich ein derartiges Plasma insbesondere als punktförmige Lichtquelle für VUV-Strahlung verwenden. Im Zusammenhang mit der Ozonerzeugung kann ein Mikroplasma zum Einsatz gelangen, falls bei Anwendungen der gesamte Gasfluß während der Ozonerzeugung sehr gering sein muß, beispielsweise wenn das Ozon ins Vakuum eines Analysengerätes eingebracht werden soll. Weiters dient ein derartiges Plasma beispielsweise allgemein zur Erzeugung von Redoxreagentien beim Einbringen kleiner Mengen in gasförmige oder flüssige Systeme. Weitere Einsatzmöglichkeiten eines derartigen Plasmas liegen beispielsweise in einer VUV-Lichtquelle zur Oberflächenbehandlung, insbesondere bei Atmosphärendruck.
Zur Plasmaerzeugung sind unterschiedliche Methoden bekannt, wobei neben der Möglichkeit einer Plasmaerzeugung durch einen Lichtbogen insbesondere Verfahren und Vorrichtungen verwendet werden, bei denen die zur Plasmaerzeugung und -aufrechterhaltung notwendige Energie durch elektromagnetische Schwingungen dem Gas zugeführt wird. Ein derartiges Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Erzeugen eines HF-induzierten Edelgasplasmas ist hiebei beispielsweise der DE-OS 36 38 880 zu entnehmen, wobei eine kapazitive Einkopplung der Energie in das Plasma vorgenommen werden soll. Betreffend ein Mikrowellen-induziertes Edelgasplasma kann beispielsweise auf die EP-A 0 184 912 verwiesen werden, wobei bei dieser bekannten Ausführung das durch Mikrowellen erzeugte Plasma in weiterer Folge für eine Photoionisationsdetektion eingesetzt werden soll.
Problematisch bei derartigen bekannten Verfahren und Vorrichtungen ist einerseits die Einkopplung der elektromagnetischen Energie in das Plasmagas, wobei bei den bekannten Verfahren die aufgewendete Leistung beispielsweise im Bereich von etwa hundert Watt liegt. Es ist somit die einzukoppelnde Leistung sehr hoch, wobei darüberhinaus naturgemäß eine entsprechende Wärmeabfuhr in unmittelbarer Nachbarschaft des erzeugten Plasmas vorgenommen werden muß, um eine Beschädigung von Teilen der Apparatur zu vermeiden. Zu diesem Zweck werden beispielsweise Rohre aus einem elektrisch nicht-leitenden, Hochtemperatur-beständigen Material verwendet, um das Gas bzw. Plasma von den verbleibenden Teilen der Apparatur zu trennen, wobei unmittelbar einsichtig ist, daß durch Vorsehen derartiger Einschlußelemente für das Plasma als auch darüberhinaus für entsprechende Kühlvorrichtungen ein großer Bedarf erforderlich ist, welcher die Erzeugung eines Plasmas geringer räumlicher Ausdehnung und vorzugsweise eines im wesentlichen idealisiert als punktförmig zu bezeichnenden Plasmas sehr erschwert bzw. unmöglich macht, wobei eine derartige Einrichtung beispielsweise aus der US-PS 4 654 504 bekannt ist.
Darüberhinaus ist der DE-A 26 46 785 ein Plasmapaneel bekannt geworden, wobei eine Entladungsstrecke von Isolatorschichten begrenzt ist und zur Erzeugung des Plasmas Ringelektroden vorgesehen sind, welche mit einer Gleichspannung gespeist werden.
Weiters sind Einrichtungen zum Ätzen als auch zum Beschichten von Oberflächen unter Verwendung eines Plasmas bekannt, wobei beispielsweise auf die EP-A 303 508 oder die JP-A 8274069 verwiesen wird. Eine Plasmabearbeitungseinrichtung läßt sich darüberhinaus beispielsweise der JP-A 8273894 entnehmen.
Neben oben ausführlich erörterten Einsatzmöglichkeiten für ein niederenergetisches Plasma sind beispielsweise der DE-A 38 14 330 oder der DE-CS 25 25 939 Plasmalichtbogenbrenner zu entnehmen, welche jedoch aufgrund ihres hochenergetischen Plasmas nicht unmittelbar mit Anwendungen in niederenergetischen Bereich vergleichbar sind.
Die vorliegende Erfindung zielt nun darauf ab, ausgehend von dem eingangs genannten Stand der Technik ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Erzeugen eines niederenergetischen Plasmas zu schaffen, mit welchen in aus verfahrenstechnischer Sicht einfacher und stabiler Weise die Erzeugung eines niederenergetischen Plasmas ermöglicht wird. Hiebei wird insbesondere auf die Erzielung eines eine geringe räumliche Ausdehnung aufweisenden Plasmas unter gleichzeitiger Vereinfachung der Wärmeabfuhr abgezielt.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist das erfindungsgemäße Verfahren zum Erzeugen eines RF/HF-induzierten, niederenergetischen Plasmas, insbesondere Edelgasplasmas, im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß die Energie über zwei in Abstand parallel voneinander angeordnete, insbesondere ring- bzw. scheibenförmige, Elektroden mit jeweils wenigstens einer Durchtrittsöffnung eingebracht wird, daß das Plasma von wenigstens einem zwischen den Elektroden angeordneten Isolator mit wenigstens einer der Durchtrittsöffnung der Elektrode zugeordneten, insbesondere kreisförmigen, Durchtrittsöffnung begrenzt wird und daß der Druck des Plasmagases mit wenigstens 0,01 bar, vorzugsweise zwischen 0,1 und 5 bar, gewählt wird. Dadurch, daß erfindungsgemäß das Plasma von wenigstens einem zwischen im wesentlichen parallel zueinander angeordneten, insbesondere ring- bzw. scheibenförmigen Elektroden angeordneten Isolator begrenzt wird, gelingt entsprechend dem Einsatzzweck eine Definierung der gewünschten Abmessungen des Plasmas, welche entsprechend den Anforderungen gewählt werden können. Weiters kann unmittelbar über den Isolator, in dessen insbesondere kreisförmiger Durchtrittsöffnungen das Plasma erzeugt und aufrechterhalten wird, in einfacher Weise und ohne Vorsehen von zusätzlichen Einschlußelementen, wie beispielsweise Röhren bei bekannten Ausbildungen, eine sichere Begrenzung des Plasmas bei gleichzeitiger Sicherstellung der Wärmeabfuhr aus dem unmittelbaren Bereich des Plasmas erzielt werden. Durch die zu beiden Seiten des Isolators angeordneten, insbesondere ring- bzw. scheibenförmigen Elektroden mit einer gegenseitigen Abstimmung der Positionierung der Durchtrittsöffnungen gelingt weiters auf kleinstem Raum die Einbringung der zur Zündung und Aufrechterhaltung des Plasmas notwendigen Energie, sodaß insgesamt ein einfaches Verfahren zur Erzeugung eines derartigen niederenergetischen Plasmas, insbesondere Edelgasplasmas, bei geringer Leistungsaufnahme und geringem Gasverbrauch zur Verfügung gestellt wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausbildung wird hiebei vorgeschlagen, daß das Plasma bei atmosphärischem Druck erzeugt wird, sodaß eine weitere Vereinfachung bei Durchführung des Verfahrens zum Erzeugen des niederenergetischen Plasmas bei geringem Gasverbrauch erzielbar ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen, daß die Leistung des Plasmas unter 30 W, vorzugsweise unter 10 W, gewählt wird, sodaß auch mit einfachen Mitteln eine sichere und ausreichende Wärmeabfuhr ohne Vorsehen von aufwendigen Kühlmechanismen erzielbar ist, wobei bei einem Array von Plasmaentladungen die Leistung für jede einzelne Entladung erzielbar ist.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird darüberhinaus weiters bevorzugt vorgeschlagen, daß die Frequenz mit wenigstens 5kHz, vorzugsweise im Bereich zwischen 50 kHz und 5 GHz, insbesondere mindestens 10 MHz, gewählt wird, wobei die obere Grenze im wesentlichen dadurch gegeben ist, daß die elektromagnetische Energie mit diskreten Komponenten erzeugt und über Leitungen transportiert werden kann. Besonders bevorzugt ergeben sich hiebei beispielsweise im Bereich zwischen etwa 25 und 45 MHz als auch über 1000 MHz, insbesondere bei etwa 2450 MHz, einfache und günstig einsetzbare, elektronische Bauteile.
Als Plasmagas wird gemäß einer weiteren bevorzugten Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagen, daß das Plasmagas gewählt ist aus Helium oder Argon, wobei insbesondere Helium als Plasmagas aufgrund seiner niedrigen Atommasse bevorzugt wird, da es kaum Erosionen an den Elektroden verursacht. Außerdem bietet ein Heliumplasma die besten Anregungsbedingungen für Halogene und andere Nichtmetalle, während Argon vor allem in technischen Anwendungen vorgesehen sein kann.
Zum Aufbau des Plasmas kann neben der Verwendung von Plasmagas für unterschiedliche Einsatzzwecke vorgesehen sein, daß dem Plasmagas ein Zumischgas in einer Menge von maximal 35 Vol.-%, vorzugsweise max. 25 Vol.-%, zugemischt wird, wobei das Zumischgas insbesondere aus CO2, Luft, Wasserstoff und Sauerstoff gewählt wird, wie dies einer weiteren bevorzugten Ausführungsform entspricht. Hiebei kann insbesondere Wasserstoff bei vermindertem Druck in einem relativ hohen Anteil beigesetzt werden, wobei darüberhinaus Wasserstoff insbesondere für die Photoionisation wichtig ist. Als Zumischgas findet Sauerstoff insbesondere zur Ozonerzeugung oder zur Erzeugung von Sauerstoffatom-Emissionsstrahlung Verwendung in einem Photoionisationsdetektor oder als Zumischgas in der Gaschromatographie zur Verhinderung von Rußablagerungen bei der Zersetzung organischer Verbindungen Verwendung.
Zur Lösung der obengenannten Aufgaben ist weiters eine Vorrichtung zum Erzeugen eines RF/HF-induzierten, niederenergetischen Plasmas, insbesondere Edelgasplasmas, mit einem RF/HF-Generator und einer Zufuhr für das Plasmagas im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß der Generator mit zwei in Abstand parallel voneinander angeordneten, insbesondere ring- bzw. scheibenförmigen, Elektroden mit jeweils wenigstens einer Durchtrittsöffnung gekoppelt ist, daß zwischen den Elektroden wenigstens ein Isolator mit wenigstens einer den Durchtrittsöffnungen der Elektroden zuge-ordneten, insbesondere kreisförmigen, Durchtrittsöffnung zur Begrenzung des von einem Plasmagas unter einem Druck von wenigstens 0,01 bar, vorzugsweise zwischen 0,1 und 5 bar, gebildeten Plasmas angeordnet ist und daß die lichte Weite der Durchtrittsöffnung der Elektroden wenigstens das Zweifache, insbesondere etwa das Vier- bis Achtfache, der lichten Weite der Durchtrittsöffnung im Isolator zur Begrenzung des Plasmas beträgt. Derart gelingt eine äußerst kleinbauende Ausbildung einer Vorrichtung zur Erzeugung des niederenergetischen Plasmas, dessen Abmessungen und Leistung in einfacher Weise an die Erfordernisse angepaßt werden können, wobei gleichzeitig mit aufeinander abgestimmten Elementen einfacher geometrischer Form das Auslangen gefunden werden kann. Dadurch, daß die lichte Weite der Durchtrittsöffnung der Elektroden wenigstens das Zweifache, insbesondere etwa das Vier- bis Achtfache, der lichten Weite der Durchtrittsöffnungen im Isolator zur Begrenzung des Plasmas beträgt, ist darüberhinaus bei kleiner Bauweise und zuverlässiger Einbringung der für die Zündung und Aufrechterhaltung des Plasmas erforderlichen Energie ein Schutz des Elektrodenmaterials vor dem Plasma ohne zusätzliche Einschlußelemente für das Plasma erzielbar.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist hiebei die Ausbildung so getroffen, daß die Elektroden mit jeweils einer im wesentlichen zentrischen, insbesondere zylindrischen oder kegelstumpfförmigen, Durchtrittsöffnung ausgebildet sind, wodurch sich bei kompakter Bauweise eine eng begrenzte, räumlich stabile Entladungszone ausbilden läßt.
Zur Verringerung von Sputter-Effekten an den Elektroden bei gleichzeitiger Erzielung einer ausreichenden Elektroden-Innenfläche, um die Stromdichte niedrig zu halten und gleichzeitig die Kapazität der Glimmhaut zu erhöhen, ist darüberhinaus bevorzugt vorgesehen, daß die Durchtrittsöffnungen der Elektroden mit abgerundeten Kanten ausgebildet sind.
Wie oben bereits mehrfach angedeutet, wird erfindungsgemäß auf die Ausbildung eines eine geringe räumliche Ausdehnung und idealisiert als punktförmig zu bezeichnenden Plasmas mit einer eng begrenzten, räumlich stabilen Entladungszone abgezielt, wobei in diesem Zusammenhang besonders bevorzugt vorgeschlagen wird, daß die lichte Weite der Durchtrittsöffnung im das Plasma begrenzenden Isolator maximal 1 mm, vorzugsweise mindestens 0,01 mm, insbesondere etwa 0,05 bis 0,3 mm, beträgt, wobei die Dicke der Elektroden in diesem Fall zwischen 0,1 bis 1,5 mm beträgt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß in Zufuhrrichtung des Gases gesehen der ersten Elektrode ein weiterer Isolator mit einer der Durchtrittsöffnung im zwischen den Elektroden angeordneten Isolator zur Begrenzung des Plasmas im wesentlichen entsprechenden Durchtrittsöffnung vorgeschaltet ist. Durch einen in Zufuhrrichtung des Gases gesehen der ersten Elektrode vorgeschalteten, weiteren Isolator mit einer entsprechend engen Durchtrittsöffnung wird eine Abschirmung in Richtung zur Zufuhr des Plasmagases erzielt, sodaß eine Beeinträchtigung des zuzuführenden Plasmagases vor dem durch den zwischen den Elektroden definierten Ort der tatsächlichen Plasmaerzeugung mit gegebenenfalls auftretenden, unerwünschten Nebeneffekten vermieden wird. Weiters wird vermieden, daß derart den Elektroden und dem Isolator vorgeschaltete Elemente der erfindungsgemäßen Vorrichtung einem Verschleiß bzw. einer Beeinflussung ausgesetzt sind, welche eine Änderung der tatsächlichen Zusammensetzung des Plasmagases bewirken könnten. Der dem Plasma vorgeschaltete Isolator könnte, wenn diese Seite auf Erdpotential liegt, auch aus Metall, beispielsweise Pt/Ir, bestehen. Zur Verringerung der Anzahl der Bauteile wird in diesem Zusammenhang gemäß einer weiters bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, daß die in Zufuhrrichtung des Gases gesehen erste Elektrode mit dem vorgeschalteten Isolator in einem gemeinsamen Bauteil einstückig ausgebildet ist und daß an die der Durchtrittsöffnung im Isolator zur Begrenzung des Plasmas entsprechende Durchtrittsöffnung eine sich insbesondere konisch erweiternde Ausnehmung anschließt.
Für einen Schutz von der Einheit aus den zwei Elektroden und dem zwischengeschalteten Isolator zur Erzeugung des Plasmas nachgeschalteten, operativen Einrichtungen wird, insbesondere wenn der Einheit eine optische Analyseeinrichtung nachgeschaltet ist, vorgeschlagen, daß in Zufuhrrichtung des Gases gesehen der zweiten Elektrode ein zusätzlicher Isolator nachgeschaltet ist, dessen Durchtrittsöffnung vorzugsweise geringfügig kleiner ist als die Durchtrittsöffnung der benachbarten Elektrode, wie dies einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung entspricht. Dadurch, daß die Durchtrittsöffnung dieses zusätzlichen, nachgeschalteten Isolators geringfügig kleiner ist als die Durchtrittsöffnung der unmittelbar benachbarten Elektrode wird wiederum der Schutz der Oberfläche der Elektroden verbessert und insbesondere eine räumliche Begrenzung der Glimmentladung auf der Elektrode erzielt wrd, wodurch die Energieaufnahme des gesamten Plasmas als auch der analytisch interessanten Zone in der Öffnung des mittleren Isolators stabilisiert wird. Durch Wahl der Geometrie und der Abmessungen der Durchtrittsöffnung des nachgeschalteten Isolators gelingt eine Anpassung an nachgeschaltete Einrichtungen, wie sie beispielsweise bei Verwendung des Plasmas im Zusammenhang mit Detektoren betreffend den Öffnungswinkel der ausgesendeten Strahlung als auch das Blickfeld der nachgeschalteten Optik wesentlich sein kann, wobei der nachgeschaltete Isolator eine möglichst große Öffnung aufweisen soll, wenn der große Öffnungswinkel der vom Plasma ausgesendeten Strahlung voll genutzt werden soll.
Für eine entsprechend einfache Ausbildung und exakte räumliche Begrenzung des zu erzeugenden Plasmas wird weiters bevorzugt vorgeschlagen, daß der das Plasma begrenzende Isolator scheibenförmig ausgebildet ist und in seinem die Durchtrittsöffnung aufweisenden mittleren Bereich mit gegenüber den Randbereichen verringerter Dicke ausgebildet ist. Dadurch, daß der Isolator in seinem Randbereich eine größere Dicke aufweist, gelingt ein zuverlässiger Schutz gegen elektrische Überschläge der im wesentlichen von den Elektroden und dem zwischengeschalteten Isolator gebildeten Einheit zur Erzeugung des Plasmas, wobei durch eine geringe Dicke im mittleren Bereich des Isolators bei Wahl einer geeigneten Geometrie tatsächlich ein im wesentlichen punktförmiges Plasma bei entsprechend niedriger Leistung unter atmosphärischem Druck erzielbar ist. In diesem Zusammenhang wird darüberhinaus bevorzugt vorgeschlagen, daß die Verringerung der Dicke des Isolators im mittleren Bereich im Querschnitt längs einer bogenförmigen, insbesondere kreisbogenförmigen, parabelförmigen oder kegeligen, Erzeugenden verläuft, wobei durch derartige bogenförmige Begrenzungen des verjüngten bzw. verkleinerten, mittleren Abschnittes eine gegebenenfalls bestehende Abrasion des Isolators und der Elektroden reduziert werden kann und gleichzeitig eine definierte Geometrie der dem Plasma unmittelbar vor- bzw. nachgeschalteten Glimmentladungen erzielbar ist. Durch die bogenförmigen Verjüngungen des Isolators im mittleren Bereich wird insbesondere das Strömungsprofil des Gases verbessert und überdies werden durch eine derartige Struktur des Isolators die Elektroden besser der UV-Strahlung des Plasmas ausgesetzt.
Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Geometrie der Elektroden als auch der Isolatoren wird es möglich, die erfindungsgemäße Vorrichtung für unterschiedlichste Einsatzzwecke zu verwenden. So kann beispielsweise bei Anwendungen ohne Analysenproben im Plasma, bei denen es auf ein vergleichsweise geringes Totvolumen nicht in erster Linie ankommt, vor allem die stromaufwärtige Elektrode im wesentlich scheibenförmig sein, wobei eine beliebige Öffnung für die Plasmagaszufuhr vorgesehen sein muß, welche in Abwandlung der Geometrie der Isolatoren beispielsweise auch seitlich angeordnet sein kann oder gegebenenfalls von Poren gebildet sein kann.
Bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung als Plasmareaktor, beispielsweise für eine Ionenmobilitätsspektrometrie oder zur Ozonerzeugung, ermöglicht die enge räumliche Begrenzung der Entladung des Plasmas, welche idealisiert als punktförmig betrachtet werden kann, einen steilen Temperaturgradienten, wobei dies insbesondere beim Abkühlen der Plasmagase beim Austritt aus der Plasmadüse bzw. dem nachgeschalteten Isolator wichtig ist, und damit verbunden die Bildung thermodynamisch instabiler Reaktionsprodukte durch Quenchen. Demgegenüber kann bei Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erzeugung eines Mikroplasmas, beispielsweise zur Ozon- oder zur Wasserstoffatomerzeugung, eine Austrittsdüse bzw. ein nachgeschalteter Isolator verwendet werden, welche eine enge Isolatordüse ist oder eine dem zweiten Isolator nachgeschaltete Metalldüse sein kann, wobei jedoch zur Extraktion von Ionen ein elektrischer Isolator vorteilhaft ist.
Bei Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Bereich der Massenspektrometrie kann durch Verwendung einer kleinen Durchtrittsöffnung des in Zufuhrrichtung letzten Isolators zusammen mit einem entsprechend hohen Gasfluß eine große Druckdifferenz an dem Übergang zwischen Plasma und Vakuum eingestellt werden, wobei in diesem Fall die Öffnung der von dem Isolator gebildeten Austrittsdüse typischerweise kleiner ist als die der verwendeten Durchtrittsöffnung des vor den Elektroden vorgesehenen Isolators. Insgesamt ermöglicht die erfindungsgemäß vorgesehene, enge räumliche Begrenzung des Plasmas sowie der Durchtrittsöffnung des nachgeschalteten Isolators, welcher eine Durchtrittsdüse definiert, die Verwendung kleiner Gasflüsse bei gleichzeitig hohem Druck im Plasma unter exakter räumlicher Begrenzung. Derartig kleine Gasflüsse resultieren in weiterer Folge in vergleichsweise niedrigen Anforderungen an Vakuumpumpen, wobei darüberhinaus für eine Optimierung der Energiezufuhr bei einer derartigen Ausbildung die dem Vakuumbereich näher liegende Elektrode vorzugsweise auf oder nahe Erdpotential gehalten wird, während ein Einspeisen der RF-Leistung an der anderen Elektrode erfolgt. Weiters kann insbesondere für eine weitere Druckerhöhung im Plasma die Zufuhr eines Zumisch- oder Hilfsgases, beispielsweise im Bereich zwischen dem zwischen den Elektroden angeordneten Isolator und dem nachgeschalteten Isolator, welcher die Austrittsdüse definiert, vorgesehen sein, um den Druck im Plasma zu erhöhen. Für spezielle Einsatzzwecke kann auch in einem derartigen, im wesentlichen seitlichen Bereich stromabwärts des eigentlichen Plasmas eine zu untersuchende Probe bzw. ein Reagensgas eingebracht werden.
Weiters ermöglicht die erfindungsgemäße Anordnung der Elektroden sowie der Isolatoren, daß die Elektroden bzw. insbesondere deren zylindrische Innenfläche vom Plasma möglichst direkt beleuchtet werden, wodurch sich eine Stabilisierung der Entladung durch Freisetzung von Photoelektronen aus der Metalloberfläche ergibt.
Um mit kleinbauenden Elektroden die zur Zündung und Aufrechterhaltung des Plasmas erforderliche Energie einbringen zu können und eine entsprechende Widerstandsfähigkeit der Elektroden zu erhalten, wird erfindungsgemäß bevorzugt vorgeschlagen, daß das Material der Elektrode gewählt ist aus Gold, Platin, Tantal, Niob, Iridium, Aluminium, Platin/ Iridium-Legierungen, vergoldetem Metall oder mit Edelmetallen galvanisch beschichteten, unedlen Metallen. Für die Erzielung der erforderlichen elektrischen Isolationseigenschaften und einer ausreichenden Wärmeleitfähigkeit der das Plasma begrenzenden Elemente bei gleichzeitiger Möglichkeit einer exakten Bearbeitung wird weiters vorgeschlagen, daß der das Plasma begrenzende Isolator von Scheiben aus Aluminiumoxidkeramik, Quarz, Saphir, Rubin, Diamant oder elektrisch nicht- bzw. schlecht leitender Oxid-, Nitrid- oder Carbidkeramik gebildet ist, wie dies einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung entspricht.
Zur Erleichterung des Zusammenbaues der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei der aus den Elektroden und den Isolatoren bestehende, zentrale Bereich zur Plasmaerzeugung beispielsweise vorgefertigt werden kann, wird darüberhinaus bevorzugt vorgeschlagen, daß die Elektroden und Isolatoren entweder mechanisch, beispielsweise durch Federwirkung, miteinander zusammengepreßt sind oder durch an sich bekannte Metall-Keramik-Verbindungen, insbesondere durch Löten im Vakuum oder unter Wasserstoffatmosphäre, miteinander verbunden sind.
Für eine besonders einfache Lagerung der Einheit zur Plasmaerzeugung wird darüberhinaus bevorzugt vorgeschlagen, daß die Elektroden sowie der bzw. die Isolatoren in Halterungen aufgenommen und gasdicht gelagert sind. Aufgrund der Tatsache, daß insbesondere die räumlichen Abmessungen des Plasmas äußerst gering sind, wird darüberhinaus bevorzugt vorgeschlagen, daß die Halterungen mit zentriereinrichtungen für die Elektroden und/oder Isolatoren ausgebildet sind, um eine gleichmäßige Einbringung der Energie zur Zündung und Aufrechterhaltung des Plasmas zu erzielen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist darüberhinaus vorgesehen, daß die Halterungen Abführ- und/oder Spülöffnungen, insbesondere für die Zufuhr eines Zumischgases, aufweisen, wodurch insbesondere neben der Zufuhr von Zumischgasen gegebenenfalls entstehende Reaktionsprodukte, welche beispielsweise bei Verwendung des Plasmas im Zusammenhang mit Analyse- oder Detektoreinrichtungen im Bereich der plasmaerzeugenden Einheit auftreten können, einfach abgeführt werden können.
Für die Erzielung einer entsprechenden Dichtheit bei hoher Temperatur zwischen den einzelnen Elementen wird darüberhinaus bevorzugt vorgeschlagen, daß die Halterungen wenigstens im Bereich ihrer an den Elektroden und/oder Isolatoren anliegenden bzw. angrenzenden Dichtfläche beschichtet, beispielsweise vergoldet, sind.
Zur Erzielung einer äußerst kleinbauenden Einheit bei entsprechender Sicherstellung der Einkopplung der elektrischen Energie ist darüberhinaus bevorzugt vorgesehen, daß die Halterungen für die Elektroden mit Anschlüssen für die Zufuhr der RF/HF-Energie ausgebildet sind.
Wie oben angedeutet, ist der das Plasma begrenzende Isolator unter Umständen aus äußerst aufwendig herstellbaren und kostspieligen Materialien gefertigt, um die gewünschten Eigenschaften des im wesentlichen punktförmigen, niederenergetischen Plasmas zu erhalten, sodaß darauf abgezielt wird, mit möglichst geringem Materialeinsatz für den Isolator im unmittelbaren Bereich der Plasmaerzeugung das Auslangen zu finden. Für eine weitere Wärmeabfuhr und Isolierung bzw. Halterung des die Durchtrittsöffnung aufweisenden Isolators wird darüberhinaus vorgeschlagen, daß der das Plasma begrenzende Isolator von einem weiteren Isolator umgeben ist, welcher den Isolator zentriert und die Elektroden voneinander abschirmt, wobei dieser weitere Isolator aus entsprechend kostengünstigerem Material, wie beispielsweise Bornitrat, Polyimid, je nach Temperatur hergestellt werden kann.
Wie oben bereits angedeutet, läßt sich ein derartiges Plasma für unterschiedlichste Einsatzzwecke verwenden, wobei in diesem Zusammenhang besonders bevorzugt vorgeschlagen wird, daß der Plasmaerzeugung eine Einrichtung zur Analyse von in das Plasma eingebrachten, zu untersuchenden Materialien nachgeschaltet ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der beiliegenden Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In dieser zeigen:
  • Fig. 1 einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Erzeugen eines RF/HF-induzierten, niederenergetischen Plasmas zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
  • Fig. 2 in vergrößertem Maßstab eine teilweise Darstellung einer abgewandelten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
  • Fig. 3 in einer zu Fig. 2 ähnlichen Darstellung eine weitere abgewandelte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
  • Fig. 4 einen Schnitt durch eine weitere abgewandelte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei Verwendung der Vorrichtung als Plasmareaktor;
  • Fig. 5 einen Schnitt durch eine weitere abgewandelte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei Verwendung der Vorrichtung in Verbindung mit einem Massenspektrometer; und
  • Fig. 6 einen Schnitt durch eine weitere abgewandelte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
    • In Fig. 1 sind mit 1 zwei parallel zueinander angeordnete, scheibenförmige bzw. ringförmige Elektroden bezeichnet, zwischen welchen ein Isolator 2, beispielsweise aus Rubin, Saphir oder allgemein einer nicht- bzw. schlecht leitenden Oxidkeramik, angeordnet ist, wobei der Isolator 2 eine Durchtrittsöffnung 3 aufweist, in welcher in weiterer Folge ein Plasma mit geringen Abmessungen, welche idealisiert als punktförmig zu betrachten sind, erzeugt wird. Jede Elektrode 1 weist hiebei eine Durchtrittsöffnung 4 auf, welche die Abmessungen der Durchtrittsöffnung 3 des Isolators, welche die Abmessungen des zu erzeugenden, schematisch mit 17 angedeuteten, Plasmas definieren, beträchtlich übersteigt und etwa das Zwei- bis Zehnfache der lichten Weite der Öffnung 3 beträgt. Die Elektroden 1 sind in schematisch angedeuteten Halterungen 5 bzw. 6 gelagert, über welche in nicht näher dargestellter Weise, beispielsweise über einen gefederten Kontaktstift, eine Verbindung mit einem Generator zur Zufuhr der Energie zur Zündung und Aufrechterhaltung des in der Durchtrittsöffnung 3 des Isolators 2 zu erzeugenden Plasmas erfolgt, wobei eine Zufuhr für eine Probe mit 7 bezeichnet ist. Die Zufuhr 7, welche beispielsweise von einem Quarz-Kapillarrohr gebildet ist, wird von einer weiteren rohrförmigen Öffnung 18 umgeben, über welche entsprechend den Pfeilen 19 eine Zufuhr eines Plasmagases, wie beispielsweise Helium oder Argon, und gegebenenfalls eines Zumischgases, wie beispielsweise CO2, Luft, Wasserstoff oder Sauerstoff, in den Bereich der Elektroden und Isolatoren erfolgt.
    Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß der in Zufuhrrichtung 8 bzw. 19 der Probe und des Plasmagases ersten Elektrode vorgeschaltet ein weiterer Isolator 9 vorgesehen ist, dessen Durchtrittsöffnung 10 Abmessungen aufweist, welche im wesentlichen den Abmessungen der Durchtrittsöffnung 3 des Isolators 2, in welchem das Plasma 17 erzeugt wird, entsprechen. Dieser in Strömungsrichtung 8 vorgeschaltete Isolator 9 dient hiebei im wesentlichen dazu, um ein Durchschlagen des Plasmas in die Zuführung 7 sowie eine Beschädigung der umliegenden Elemente zu vermeiden. Weiters ist ersichtlich, daß in Zufuhrrichtung 8 des Plasmagases gesehen der zweiten Elektrode 1 ein weiterer Isolator 11 nachgeschaltet ist, dessen Durchtrittsöffnung 12 geringfügig kleiner ist als die lichte Öffnung der unmittelbar benachbarten Elektrode 1. Durch diesen nachgeschalteten Isolator 11 gelingt entsprechend den Erfordernissen eine Optimierung bzw. genaue Definition der durch das Plasma 17 in der Öffnung 3 erzeugten Strahlung. Dadurch, daß die Durchtrittsöffnung 12 zumindest geringfügig kleiner ist als die Durchtrittsöffnung 4 der benachbarten Elektrode 1, wird die Elektrodenoberfläche geschützt, und insbesondere eine räumliche Begrenzung der Glimmentladung auf der Elektrode erzielt, wodurch die Energieaufnahme des gesamten Plasmas als auch der analytisch interessanten Zone in der Öffnung des mittleren Isolators stabilisiert wird. Zur Vermeidung von Sputter-Effekten können die Elektroden 1 an ihren Kanten abgerundet sein bzw. dürfen sie keine scharfen Grate aufweisen. Weiters ist vorgesehen, daß der Isolator 2 an seiner in Strömungsrichtung 8 gesehen hinteren Oberfläche von einer bogenförmigen Erzeugenden 13 begrenzt ist, sodaß sich im Isolator 2 in seinem mittleren Bereich ein verringerter Querschnitt ergibt, sodaß durch die im Querschnitt gesehen im wesentlichen quadratischen Abmessungen der Durchtrittsöffnung 3 ein kugelförmiges und idealisiert als punktförmig zu bezeichnendes Plasma 17 erzeugbar ist.
    Der Durchmesser der Durchtrittsöffnung 3 im Isolator 2, welcher die Abmessungen des zu erzeugenden Plasmas definiert, kann hiebei unter 0,5 mm und beispielsweise bei etwa 0,1 bis 0,2 mm liegen. Demgegenüber beträgt der Durchmesser 4 der Öffnungen der Elektroden 1 beispielsweise etwa 0,5 - 1 mm. Die Dicke der Elektroden 1 als auch der Isolatoren 2, 9 und 11 kann beispielsweise etwa 0,5 mm betragen, wobei durch die Verjüngung des Isolators 2 in einem mittleren Bereich eine entsprechend verringerte Dicke erzielbar ist.
    Es gelingt somit, mit baulich einfachen Mitteln eine Plasmaquelle zur Verfügung zu stellen, bei welcher die räumlichen Abmessungen des Plasmas sehr klein und exakt definierbar sind, sodaß bei Atmosphärenbedingungen ein niederenergetisches Plasma mit einer Leistung von beispielsweise unter 20 W und vorzugsweise zwischen 5 und 10 W erzielbar ist. Aufgrund der geringen Leistung wird es darüberhinaus möglich, über den Isolator 2 sicher die entstehende Wärme abzuführen, wobei, wie aus Fig. 1 ersichtlich, der Isolator 2 von einem weiteren Isolator 14 umgeben ist, welcher sowohl der weiteren Wärmeableitung dient als auch eine sichere Abschirmung der beiden Elektroden 1, welche zu beiden Seiten des Isolators 2 angeordnet sind, ermöglicht. Weiters sind insbesondere in der Halterung 6 Abführ- oder Spülöffnungen 15 angedeutet, über welche entsprechend den Pfeilen 20 ein Austrag erfolgt.
    Durch Vorsehen der Halterungen 5 und 6 sowie des den Isolator 2 umgebenden, zusätzlichen Isolators 14 gelingt eine sichere Festlegung der lediglich geringe Abmessungen aufweisenden Einzelelemente, wobei darüberhinaus für eine entsprechende gasdichte Festlegung der einzelnen Elemente Sorge getragen werden muß. Die Halterungen 5, 6 sind hiebei mit Zentriereinrichtungen ausgebildet oder dienen selbst als Zentrierung der aufeinander abzustimmenden Durchtrittsöffnungen 3, 10, 12 der einzelnen Elemente, wobei ein umgebendes, elektrisch isolierendes Gehäuse schematisch mit 16 angedeutet ist.
    Zur Erzielung einer entsprechenden Dichtheit kann darüberhinaus vorgesehen sein, daß die Halterungen 5 bzw. 6 wenigstens im Bereich der an den Elektroden 1 und/oder Isolatoren 2, 9 und 11 anliegenden bzw. angrenzenden Dichtflächen beschichtet, beispielsweise vergoldet, sind.
    Die Verbindung der Elektrode 1 mit den Isolatoren 2, 9 bzw. 11 kann beispielsweise mechanisch unter Vorsehen von entsprechenden Federn, welche ein Zusammenpressen der Elektroden 1 und Isolatoren 2, 9 und 11 mit sich bringen, erfolgen oder es können an sich bekannte Metall-Keramik-Verbindungen, wie beispielsweise Löten im Vakuum oder unter wasserstoffatmosphäre, eingesetzt werden, um eine entsprechend dichte Einheit der Elektroden 1 sowie der Isolatoren 2, 9 und 11 in den Halterungen 5 und 6 bzw. zwischen denselben zu erzielen.
    Bei den Darstellungen gemäß den Fig. 2 und 3, welche in größerem Maßstab lediglich den Teilbereich der Elektroden 1 sowie des Isolators 2 und der gegebenenfalls vor- bzw. nachgeschalteten Isolatoren 9 und 11 darstellen, sind für gleiche Elemente die Bezugszeichen der vorangehenden Figur beibehalten worden.
    So ist bei der Ausführungsform gemäß der Fig. 2 vorgesehen, daß sämtliche Isolatoren 2, 9 und 11 im wesentlichen scheibenförmig mit im wesentlichen gleichbleibender Dicke ausgebildet sind, während bei der Ausbildung gemäß Fig. 3 der das Plasma 17 begrenzende Isolator 2 in seinem mittleren Bereich dadurch verjüngt ausgebildet ist, daß an beiden Seitenflächen jeweils eine Querschnittsverminderung entlang von bogenförmigen Erzeugenden 13 erfolgt. Derart ist eine vollkommen mittige Positionierung des Plasmas zwischen den zwei an den Isolator 2 anschließenden Elektroden 1 möglich. Die Elektroden 1 sind hiebei zur Erzielung einer möglichst hohen Feldstärke im Bereich des Plasmas in Richtung zu dem Isolator 2 geneigt, d.h. kegelstumpfförmig, ausgebildet.
    Bei der in Fig. 4 dargestellten, abgewandelten Ausführungsform einer Vorrichtung, welche als Plasmareaktor verwendet wird, sind zur Plasmaerzeugung wiederum zwei im wesentlichen ringförmige Elektroden 1 vorgesehen, welchen Isolatoren 2, 9 bzw. 11 mit sehr geringen Durchtrittsquerschnitten zwischen- bzw. vor- oder nachgeschaltet sind. Die Lagerung der von den Elektroden 1 und den Isolatoren 2, 9 bzw. 11 gebildeten Einheit erfolgt wiederum in Halterungen 5 und 6. Dabei liegt die in Zufuhrrichtung 8 bzw. 19 stromabwärts liegende Elektrode 1 unter Kopplung mit der Halterung 6 mit einer gegebenenfalls gekühlten, weiteren Halterung 21 im wesentlich auf Erdpotential, während an der Halterung 5, in welcher die in Strömungsrichtung erste Elektrode 1 gelagert ist, die RF-Energie angelegt wird. Die Halterungen 5 und 6 sind von weiteren elektrischen Isolatoren 22 und 23 wenigstens teilweise übergriffen. Bei Einsatz der in Fig. 4 dargestellten Vorrichtung als Plasmareaktor erfolgt über eine zentrale Zufuhr 7 die Zufuhr einer Probe, während in der das Probenrohr 7 umgebenden Ausnehmung 18 entsprechend dem Pfeil 19 die Zufuhr eines Plasmagases und gegebenenfalls eines Zumischgases erfolgt. Hiebei kann weiters eine vorgeschaltete Halterung 24, über welche die Probe und das Plasmagas geführt werden, gegebenenfalls beheizt sein.
    Weiters ist aus Fig. 4 ersichtlich, daß über in der Halterung 21 vorgesehene Zuführöffnungen 25 darüberhinaus zusätzlich ein Zumischgas in den Bereich der Elektroden 1 und Isolatoren 2, 9 bzw. 11 entgegen der Zufuhrrichtung 8 bzw. 19 sowohl der Probe als auch des Plasmagases erfolgen kann, wobei dieses Zumischgas beispielsweise Kühlzwecke erfüllt, den Druck im Bereich der Plasmaerzeugung anhebt und gleichzeitig als Transportgas dient. Die Reaktionsprodukte, welche in weiterer Folge beispielsweise zur Massenspektrometrie oder Chemilumineszenz verwendet werden, werden über eine beispielsweise wiederum von einem Quarz-Kapillarrohr ausgebildete Ausfuhr 26 entsprechend dem Pfeil 27 gegebenenfalls in einen Vakuumbereich bzw. für eine nähere Analyse ausgebracht.
    Für entsprechende Einsatzzwecke, insbesondere als Ionenquelle, kann ein gegenüber der Darstellung gemäß Fig. 4 abgeänderter Anschluß der versorgungsquelle an der Elektrode, beispielsweise unter Tausch des Anschlusses für das Erdpotential, und für die Einspeisung der RF-Energie gewählt werden.
    Bei der Ausbildung gemäß Fig. 5, welche insbesondere im Zusammenhang mit einem Massenspektrometer einsetzbar ist, sind für gleiche Bauteile wiederum die Bezugszeichen der vorangehenden Figuren beibehalten worden. Auch bei dieser Ausbildung sind insbesondere die Isolatoren 2, 9 und 11 mit sehr geringen Durchtrittsöffnungen ausgebildet, wobei wiederum die in Zufuhrrichtung 8 bzw. 19 zweite Elektrode 1 über die Halterung 21 auf Erdpotential liegt, während unter Zwischenschaltung der Halterung 5 die erste Elektrode 1 mit RF/HF-Energie gespeist wird. Dem Bereich der Plasmaerzeugung, wie er durch die Elektroden 1 sowie die Isolatoren 2, 9 bzw. 11 definiert wird, ist eine schematisch angedeutete Abschirmeinrichtung 28 nachgeschaltet, wobei vor dieser Abschirmeinrichtung 28 für die Verwendung in einem Massenspektrometer entsprechend dem Pfeil 29 ein Vorvakuum aufgebaut wird, während in weiterer Folge im Bereich der gemäß dem Pfeil 30 ausgebrachten Reaktionsprodukte ein entsprechend höheres Vakuum vorzusehen ist.
    Gegebenenfalls kann auch in den Bereich unmittelbar vor dem in Strömungsrichtung gesehen letzten Isolator 11 eine Zufuhr eines Zumischgases vorgesehen sein. Weiters kann die vorgeschaltete Halterung 24 wiederum mit entsprechenden, nicht näher dargestellten Heizeinrichtungen versehen sein.
    Bei der in Fig. 6 dargestellten, abgewandelten Ausführungsform sind wiederum die Bezugszeichen der vorangehenden Darstellungen für gleiche Bauteile beibehalten worden. So weist wiederum der Isolator 2 eine Durchtrittsöffnung 3 auf, in welcher in weiterer Folge das Plasma 17 begrenzt wird. Die Zufuhr für eine Probe ist mit 7 bezeichnet. Der Isolator 2 zur Begrenzung des Plasmas 17 ist wiederum zwischen zwei ring- bzw. scheibenförmigen Elektroden angeordnet, wobei die in Zufuhrrichtung nachgeschaltete Elektrode 1 wiederum ähnlich zu den vorangehenden Ausführungsformen ausgebildet ist. Im Gegensatz zu vorangehenden Ausführungsformen ist die in Zufuhrrichtung gesehen vorgeschaltete Elektrode gemeinsam mit einem der ersten Elektrode vorgeschalteten Isolator ausgebildet, wobei diese Einheit mit 31 bezeichnet ist. Die Einheit 31 weist ähnlich den vorangehenden Ausführungsformen wiederum eine Eintritts- bzw. Durchtrittsöffnung 10 auf, welche im wesentlichen der Durchtrittsöffnung 3 des Isolators 2 zur Begrenzung des Plasmas 17 entspricht. Ausgehend von der Durchtrittsöffnung 10 der Einheit 31 ist diese mit einer sich konisch erweiternden bzw. im wesentlichen topfförmigen Ausnehmung 32 ausgebildet, sodaß sich insgesamt für die zwischen den Elektroden auszubildenden Feldlinien zur Begrenzung des Plasmas 17 wiederum eine im wesentlichen den vorangehenden Ausführungsformen entsprechende Konfiguration ergibt. Hiebei kann die sich konisch erweiternde bzw. topfförmige Ausnehmung 32 zur Erzielung der entsprechenden geometrischen Erfordernisse mit einer Tiefe ausgebildet sein, welche etwa dem zweifachen Durchmesser derselben entspricht.
    Die von den Elektroden und den Isolatoren gebildete Einheit ist wiederum in Halterungen aufgenommen, welche bei der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsform mit 33 und 34 bezeichnet sind. Aus Fig. 6 ist weiters ersichtlich, daß sich ungleich den vorangehenden Ausführungsformen der Isolator 2 zur Begrenzung des Plasmas 7 bis zu den Halterungen 33 bzw. 34 erstreckt, sodaß insgesamt bei der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform mit einer verringerten Anzahl von aufeinander abzustimmenden bzw. miteinander zu verbindenden Einzelteilen das Auslangen gefunden werden kann.
    Für eine erhöhte Gesamtleistung kann darüberhinaus allgemein vorgesehen sein, daß sowohl die Elektroden als auch der Isolator 2 zur Begrenzung des Plasmas jeweils mit einer Vielzahl von aufeinander abgestimmten Durchtrittsöffnungen ausgebildet sind, wobei diese Durchtrittsöffnungen hiebei derart angeordnet sind, daß eine Konzentration der von den einzelnen Plasmaquellen abgegebenen Leistung auf einen gemeinsamen Mittelpunkt bzw. Fokussierungspunkt erzielbar ist.

    Claims (25)

    1. Verfahren zum Erzeugen eines RF/HF-induzierten, niederenergetischen Plasmas (17), insbesondere Edelgasplasmas, dadurch gekennzeichnet, daß die Energie über zwei in Abstand parallel voneinander angeordnete, insbesondere ring- bzw. scheibenförmige, Elektroden (1, 31) mit jeweils wenigstens einer Durchtrittsöffnungen (4, 32) eingebracht wird, daß das Plasma (17) von wenigstens einem zwischen den Elektroden angeordneten Isolator (2) mit wenigstens einer der Durchtrittsöffnung (4, 32) der Elektrode (1, 31) zugeordneten, insbesondere kreisförmigen, Durchtrittsöffnung (3) begrenzt wird und daß der Druck des Plasmagases mit wenigstens 0,01 bar, vorzugsweise zwischen 0,1 und 5 bar, gewählt wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Plasma (17) bei atmosphärischem Druck erzeugt wird.
    3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistung des Plasmas (17) unter 30 W, vorzugsweise unter 10 W, gewählt wird.
    4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz mit wenigstens 5 kHz, vorzugsweise im Bereich zwischen 50 kHz und 5 GHz, insbesondere mindestens 10 MHz, gewählt wird.
    5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Plasmagas gewählt ist aus Helium oder Argon.
    6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Plasmagas ein Zumischgas in einer Menge von maximal 35 Vol.-%, vorzugsweise max. 25 Vol.-%, zugemischt wird, wobei das Zumischgas insbesondere aus CO2, Luft, Wasserstoff und Sauerstoff gewählt wird.
    7. Vorrichtung zum Erzeugen eines RF/HF-induzierten, niederenergetischen Plasmas, insbesondere Edelgasplasmas, mit einem RF/HF- Generator und einer Zufuhr (7) für das Plasmagas, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator mit zwei in Abstand parallel voneinander angeordneten, insbesondere ring- bzw. scheibenförmigen, Elektroden (1, 31) mit jeweils wenigstens einer Durchtrittsöffnung (4, 32) gekoppelt ist, daß zwischen den Elektroden (1, 31) wenigstens ein Isclator (2) mit wenigstens einer den Durchtrittsöffnungen der Elektroden (1) zugeordneten, insbesondere kreisförmigen, Durchtrittsöffnung (3) zur Begrenzung des von einem Plasmagas unter einem Druck von wenigstens 0,01 bar, vorzugsweise zwischen 0,1 und 5 bar, gebildeten Plasmas (17) angeordnet ist und daß die lichte Weite der Durchtrittsöffnung (4, 32) der Elektroden (1) wenigstens das Zweifache, insbesondere etwa das Vier- bis Achtfache, der lichten Weite der Durchtrittsöffnung (3) im Isolator (2) zur Begrenzung des Plasmas (17) beträgt.
    8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (1, 31) mit jeweils einer im wesentlichen zentrischen, insbesondere zylindrischen oder kagelstumpfförmigen, Durchtrittsöffnung (4, 32) ausgebildet sind.
    9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchtrittsöffnungen (4, 32) der Elektroden (1) mit abgerundeten Kanten ausgebildet sind.
    10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die lichte Weite der Durchtrittsöffnung (3) im das Plasma (17) begrenzenden Isolator (2) maximal 1 mm, vorzugsweise mindestens 0,01 mm, insbesondere etwa 0,05 bis 0,3 mm, beträgt.
    11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in Zufuhrrichtung (8) des Gases gesehen der ersten Elektrode (1) ein weiterer Isolator (9) mit einer der Durchtrittsöffnung (3) im zwischen den Elektroden (1) angeordneten Isolator (2) zur Begrenzung des Plasmas (17) im wesentlichen entsprechenden Durchtrittsöffnung (10) vorgeschaltet ist.
    12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die in Zufuhrrichtung des Gases gesehen erste Elektrode mit dem vorgeschalteten Isolator in einem gemeinsamen Bauteil (31) einstückig ausgebildet ist und daß an die der Durchtrittsöffnung (3) im Isolator (2) zur Begrenzung des Plasmas (17) entsprechende Durchtrittsöffnung (10) eine sich insbesondere konisch erweiternde Ausnehmung (32) anschließt.
    13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß in Zufuhrrichtung (8) des Gases gesehen der zweiten Elektrode (1) ein zusätzlicher Isolator (11) nachgeschaltet ist, dessen Durchtrittsöffnung (12) vorzugsweise geringfügig kleiner ist als die Durchtrittsöffnung (4) der benachbarten Elektrode (1).
    14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der das Plasma begrenzende Isolator (2) scheibenförmig ausgebildet ist und in seinem die Durchtrittsöffnung (3) aufweisenden mittleren Bereich mit gegenüber den Randbereichen verringerter Dicke ausgebildet ist.
    15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Verringerung der Dicke des Isolators (2) im mittleren Bereich im Querschnitt längs einer bogenförmigen, insbesondere kreisbogenförmigen, parabelförmigen oder kegelförmigen, Erzeugenden (13) verläuft.
    16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Elektroden (1, 31) gewählt ist aus Gold, Platin, Tantal, Niob, Iridium, Aluminium, Platin/Iridium-Legierungen, vergoldetem Metall oder mit Edelmetallen galvanisch beschichteten, unedlen Metallen.
    17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der das Plasma begrenzende Isolator (2) von Scheiben aus Aluminiumoxidkeramik, Quarz, Saphir, Rubin, Diamant oder elektrisch nicht- bzw. schlecht leitender Oxid-, Nitrid- oder Carbidkeramik gebildet ist.
    18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (1, 31) und Isolatoren (2, 9, 11) entweder mechanisch, beispielsweise durch Federwirkung, miteinander zusammengepreßt sind oder durch an sich bekannte Metall-Keramik-Verbindungen, insbesondere durch Löten im Vakuum oder unter Wasserstoffatmosphäre, miteinander verbunden sind.
    19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (1, 31) sowie der bzw. die Isolatoren (2, 9, 11) in Halterungen (5, 6, 21, 22, 23, 24, 33, 34) aufgenommen und gasdicht gelagert sind.
    20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungen (5, 6) mit Zentriereinrichtungen für die Elektroden (1) und/oder Isolatoren (2, 9, 11) ausgebildet sind.
    21. Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungen (6) Abführ- und/oder Spülöffnungen (15), insbesondere für die Zufuhr eines Zumischgases, aufweisen.
    22. Vorrichtung nach Anspruch 19, 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungen (5, 6) wenigstens im Bereich ihrer an den Elektroden (1) und/oder Isolatoren (2, 9, 11) anliegenden bzw. angrenzenden Dichtfläche beschichtet, beispielsweise vergoldet, sind.
    23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungen (5, 6) für die Elektroden (1) mit Anschlüssen für die Zufuhr der RF/HF-Energie ausgebildet sind.
    24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß der das Plasma (17) begrenzende Isolator (2) von einem weiteren Isolator (14) umgeben ist, welcher den Isolator (2) zentriert und die Elektroden (1) voneinander abschirmt.
    25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Plasmaerzeugung eine Einrichtung zur Analyse von in das Plasma (17) eingebrachten, zu untersuchenden Materialien nachgeschaltet ist.
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