Laseren van lastig plasma

Richard van de Sanden, hoogleraar plasmatechnologie aan de Technische Universiteit Eindhoven, over het beheersen van plasma’s. Bij die ontbijtsessie hoort ook een rondleiding. Universiteit Eindhoven, afdeling Technische Natuurkunde. Aanmelden: www.tue.nl (ontbijtsessies).

De chips in laptop en pc, het lcd-beeldscherm, zonnecellen, maar ook het laagje dat ervoor zorgt dat brillenglazen niet reflecteren of dat ramen hitte weren: ze bestaan allemaal dankzij de plasmatechnologie. Sinds de jaren negentig heeft die een enorme vlucht genomen, zegt plasma-expert Richard van de Sanden. Aan de Technische Universiteit Eindhoven onderzoekt hij, vaak samen met bedrijven, de fundamenten van deze technologie. „Want alleen zo krijgen we er meer greep en controle op.” En dat brengt nieuwe toepassingen binnen bereik: goedkope zonnecellen bijvoorbeeld of oprolbare computerschermen.

Is een plasma zo lastig te beheersen?

Van de Sanden: „Ja, het is een complexe toestand. Het is de vierde toestand van materie, naast de drie bekende: vaste stof, vloeistof en gas. In een plasma zijn de moleculen of atomen van een gas (deels) uit elkaar gevallen in losse elektronen en in de atomen of moleculen minus die elektronen: de ionen. Ze bewegen kriskras in een ingewikkeld spel met elkaar en met het dragermateriaal waarboven ze wervelen. De kunst is om slim te spelen met de temperatuur, de dichtheid en de energie van het plasma. Zo kun je de elektronen en ionen op dat dragermateriaal laten neerslaan als een hard en transparant laagje. Of juist als een laagje dat elektriciteit geleidt bijvoorbeeld.”

Wat maakt dat zo lastig?

„Wat het ingewikkeld maakt, is dat het plasma letterlijk ongrijpbaar is. Je kunt het niet beetpakken. Om de interne energie ervan te bepalen, een belangrijke grootheid, lichten we het plasma daarom door met lasers. Daarmee proberen we steeds geavanceerdere technieken te ontwikkelen om het plasma in situ te diagnosticeren, dus razendsnel, nog op het moment dat het boven het dragermateriaal wervelt. Want de eigenschappen op dat moment bepalen in welke vorm het neerslaat.”

Dat klinkt als een duur proces…

„Dat hangt er vanaf. In computerchips moet je het plasma gecontroleerd laten neerslaan in dunne laagjes en ingewikkelde structuren. Dat gebeurt in dure, stofvrije clean rooms. Ook lcd-beeldschermen worden in clean rooms gemaakt. De consument wil voor zo’n scherm ook best een paar honderd euro betalen. Maar een even groot stuk zonnecel, waarvoor je precies dezelfde plasmatechnologie gebruikt, is pas rendabel bij een paar euro. Het gaat erom het proces zo controleerbaar en grootschalig te maken dat het voor die prijs kan. Dat gaat zeker lukken; in de glasindustrie is er al veel ervaring met het goedkoop aanbrengen van dunne coatings met plasmatechnologie.”

„Maar er zijn ook andere toepassingen: je kunt glasachtige laagjes op oprolbare schermen aanbrengen als bescherming. En het aluminium laagje aan de binnenkant van zakken chips kun je ook met plasmatechnologie maken. Al wordt meestal een goedkopere techniek gebruikt.”

Dat vergt toch een andere mate van controle: een chipszak of een chip?

„Ja, als je structuren maakt van een of twee nanometer dik (een miljardste meter) dan breng je die stap voor stap, in laagjes van één atoom dik aan. Bij een duizend keer zo dikke laag gaat juist snelheid boven controle. Maar meer greep op het proces helpt altijd.”

    • Margriet van der Heijden