In this contribution, we focus on the general problems of plasma-enhanced chemical vapor deposition in atmospheric pressure dielectric barrier discharges, i.e. deposition uniformity, film roughness and the formation of dust particles, and demonstrate them on the example of carboxyl coatings prepared by co-polymerization of acetylene and maleic anhydride. Since the transport of monomers at atmospheric pressure is advection-driven, special attention is paid to the gas dynamics simulations, gas flow patterns, velocity and residence time. By using numerical simulations, we design an optimized gas supply geometry capable of synthesizing uniform layers. The selection of the gas mixture containing acetylene was motivated by two of its characteristics: (i) suppression of filaments in dielectric barrier discharges, and (ii) improved film cross-linking, keeping the amount of functional groups high. However, acetylene discharges are prone to the formation of nanoparticles that can be incorporated into the deposited films, leading to their high roughness. Therefore, we also discuss the role of the gas composition, the spatial position of the substrate with respect to gas flow and the deposition time on the topography of the deposited films.
本稿では、大気圧誘電体バリア放電におけるプラズマ支援化学気相成長の一般的な問題、すなわち堆積均一性、膜の粗さ、およびダスト粒子の形成に焦点を当て、アセチレンと無水マレイン酸の共重合によって調製されたカルボキシル基含有コーティングを例に実証する。大気圧でのモノマー輸送は移流支配であるため、ガス流動シミュレーション、ガス流パターン、速度、および滞留時間に特に注意を払う。数値シミュレーションを用いて、均一な層を合成できる最適化されたガス供給形状を設計する。アセチレンを含むガス混合物の選択は、その2つの特性に動機づけられた：(i) 誘電体バリア放電におけるフィラメントの抑制、(ii) 官能基の量を維持しながらの膜架橋の改善。しかしながら、アセチレン放電は、堆積膜に組み込まれ得るナノ粒子の形成を起こしやすく、それによって膜の高い粗さをもたらす。したがって、我々はまた、ガス組成、ガス流に対する基板の空間的位置、および堆積時間が、堆積膜のトポグラフィーに及ぼす役割についても議論する。