Miniature plasma generator made of low temperature co-fired ceramics (LTCC) for gas characterization using optical emission spectroscopy (OES)

• Autorzy: Malecha, K. , Roguszczak, H. , Patela, S. , Golonka, L. J.

Warianty tytułu

PL

Miniaturowy generator plazmy wykonany techniką LTCC do charakteryzacji gazów za pomocą optycznej spektroskopii emisyjnej (OES)

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

A novel miniature plasma generator made of low temperature co-fired ceramics (LTCC) is presented in this paper. The developed generator is composed of a stack of 9 ceramic tapes, has an optical fibre integrated into the structure and is consisted of an 8.7 x 3.5 mm2 plasma chamber placed between two 5 x 5 mm2 electrodes made of AgPd. Each electrode is separated from the plasma chamber by a single LTCC tape, forming a 660 μm thick gap. The shape of the plasma chamber and the channel for the optical fibre were cut in green LTCC tapes using an UV laser, and the electrodes were fabricated with the standard screen-print method. During the experiments, the plasma chamber was filled with an ambient air. The plasma was generated between AgPd electrodes connected to an AC power supply. The light of the air plasma was transmitted from the plasma chamber to the miniature spectrometer using the integrated optical fibre. The glow discharge in the air at atmospheric pressure was characterized by optical emission spectroscopy (OES).

PL

W artykule przedstawiono technologię miniaturowego generatora plazmy. Wspomniany układ został wykonany za pomocą techniki bazującej na niskotemperaturowej współwypalanej ceramice LTCC (Low Temperature Co-fired Ceramics). Urządzenie składało się z 9 warstw ceramiki LTCC. W skład opracowanego generatora wchodziły komora plazmowa o wymiarach 8,7 x 3,5 mm2 oraz dołączony do niej światłowód kwarcowy. Komora plazmowa umieszczona była pomiędzy dwiema elektrodami o wymiarach 5 x 5 mm2 wykonanymi ze stopu PdAg. Każda z elektrod została odizolowana od komory plazmowej za pomocą pojedynczej warstwy LTCC tworząc szczelinę o grubości 660 μm. Kształt komory plazmowej oraz kanału pod światłowód zostały wycięte w surowych foliach ceramicznych za pomocą lasera UV. Elektrody PdAg zostały naniesione na ceramikę LTCC metodą sitodruku. Podczas eksperymentów komora plazmowa wypełniona była powietrzem z otoczenia o ciśnieniu atmosferycznym. Plazma powietrza generowana była pomiędzy dwiema izolowanymi elektrodami zasilanymi napięciem zmiennym. Promieniowanie optyczne plazmy powietrza było transmitowane z komory plazmowej do miniaturowego spektrometru za pomocą zintegrowanego światłowodu. Obserwowane wyładowanie jarzeniowe w powietrzu analizowano metodą optycznej spektroskopii emisyjnej (OES).

Słowa kluczowe

PL

niskotemperaturowa ceramika współwypalania; LTCC; plazma; optyczna spektroskopia emisyjna; OES

EN

low temperature co-fired ceramics (LTCC); plasma; optical emission spectroscopy; LTCC; OES

• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2014
• Tom: R. 90, nr 9
• Strony: 69-72
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Malecha, K.

• Politechnika Wrocławska, Wydział Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki, Wybrzeże S. Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław,

autor

Roguszczak, H.

• Politechnika Wrocławska, Wydział Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki, Wybrzeże S. Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław,

autor

Patela, S.

• Politechnika Wrocławska, Wydział Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki, Wybrzeże S. Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław,

autor

Golonka, L. J.

• Politechnika Wrocławska, Wydział Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki, Wybrzeże S. Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław,

Bibliografia

• [1] Garrou P.E., Turlik I., Mutlichip module technology handbook, McGraw-Hill, New York (1998)
• [2] Golonka L.J., Technology and applications of Low Temperature Co-fired Ceramic (LTCC) based sensors and microsystems, Bulletin of the Polish Academy of Sciences, Technical Sciences, 50 (2006), No. 2, 221-231
• [3] Gongora-Rubio M.R., Espinoza-Vallejos P., Sola - Laguna L., Santiago Avilés J.J., Overview of low temperature co-fired ceramics tape technology for mesosystem technology (MsST), Sensors and Actuators A, 89 (2001), 222-241
• [4] Peterson K.A., Patel K.D., Ho C.K., Rohde S.B., Nordquist C.D., Walker C.A., Wroblewski B.D., Okandan M., Novel microsystem applications with new techniques in low-temperature co-fired ceramics, International Journal of Applied Ceramic Technology, 2 (2005), No. 5, 345-363
• [5] Golonka L.J., Malecha K., LTCC fluidic microsystems, Informacije MIDEM, 42 (2012), No. 4, 225-233
• [6] Yamamoto R.K., Verdonck P.B., Gongora-Rubio M.R., Meso-scale remote plasma generator using LTCC technology, Proc. 1st International Conference and Exhibition on Ceramic Interconnect and Ceramic Technologies (CICMT), Baltimore (USA) (2005)
• [7] Mornet R., De Geyter N., Axisa F., De Smet N., Gangembre L., De Leersnyder E., Leys C., Vanfleteren J., Rymarczyk-Machal M., Schacht E., Payen E., Adhesion enhancement by a dielectric barrier discharge of PDMS used for flexible and stretchable electronics, Journal of Physics D: Applied Physics, 40 (2007), 7392-7401
• [8] Malecha K., A PDMS-LTCC bonding using atmospheric plasma for microsystem applications, Sensors and Actuators B, 181 (2013), 486-493
• [9] Lee D., Yang S., Surface modification of PDMS by atmospheric-pressure plasma-enhanced chemical vapor deposition and analysis of long-lasting surface hydrophilicity, Sensors and Actuators B, 168 (2012), 425-434
• [10] Peak H.T., Jeong O.C., PDMS surface modification using atmospheric pressure plasma, Microelectronic Engineering, 88 (2011), 2281-2285
• [11] Connolly J., Valdramidis V.P., Byrne E., Karatzas K.A., Cullen P.J., Keener K.M., Mosnier J.P., Characterization and antimicrobial efficacy against E.coli of a helium/air plasma at atmosperic pressure created in plastic package, Journal of Physics D: Applied Physics, 46 (2013), 035401 (12pp)
• [12] Perni S., Shama G., Hobman, Lund P.A., Kershaw C.J., Hildago-Arrayo G.A., Penn C.W., Deng X.T., Walsh J.L., Kong M.G., Probing bactericidal mechanisms induced by cold atmospheric plasmas with Escherichia coli mutants, Applied Physics Letters, 90 (2007), 073902