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

摘要

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 × 3,5 mm~2 oraz dołączony do niej światłowód kwarcowy. Komora plazmowa umieszczona była pomiędzy dwiema elektrodami o wymiarach 5×5 mm~2 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).%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 × 3.5 mm~2 plasma chamber placed between two 5×5 mm~2 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).