Miniature plasma generator made of low temperature co-fired ceramics (LTCC) for gas characterization using optical emission spectroscopy (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 x 3.5 mm 2 plasma chamber placed between two 5 x 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). Streszczenie. W artykule przedstawiono technologie miniaturowego generatora plazmy. Wspomniany uklad zostal wykonany za pomocą techniki bazującej na niskotemperaturowej wspolwypalanej ceramice LTCC (Low Temperature Co-fired Ceramics). Urządzenie skladalo sie z 9 warstw ceramiki LTCC. W sklad opracowanego generatora wchodzily komora plazmowa o wymiarach 8,7 x 3,5 mm 2 oraz dolączony do niej światlowod kwarcowy. Komora plazmowa umieszczona byla pomiedzy dwiema elektrodami o wymiarach 5 x 5 mm 2 wykonanymi ze stopu PdAg. Kazda z elektrod zostala odizolowana od komory plazmowej za pomocą pojedynczej warstwy LTCC tworząc szczeline o grubości 660 µm. Ksztalt komory plazmowej oraz kanalu pod światlowod zostaly wyciete w surowych foliach ceramicznych za pomocą lasera UV. Elektrody PdAg zostaly naniesione na ceramike LTCC metodą sitodruku. Podczas eksperymentow komora plazmowa wypelniona byla powietrzem z otoczenia o ciśnieniu atmosferycznym. Plazma powietrza generowana byla pomiedzy dwiema izolowanymi elektrodami zasilanymi napieciem zmiennym. Promieniowanie optyczne plazmy powietrza bylo transmitowane z komory plazmowej do miniaturowego spektrometru za pomocą zintegrowanego światlowodu. Obserwowane wyladowanie jarzeniowe w powietrzu analizowano metodą optycznej spektroskopii emisyjnej (OES). (Miniaturowy generator plazmy wykonany techniką LTCC do charakteryzacji gazow za pomocą optycznej spektroskopii emisyjnej (OES)).