SF6 Monitoring

Denken wir an Treibhausgase, kommen den meisten von uns sofort Kohlendioxid (CO2) und Methan (CH4) in den Sinn. Denn diese beiden Gase sind im Zusammenhang mit Klimawandel und Klimaschutz in aller Munde. Schwefelhexafluorid (SF6) und seine schädliche Wirkung für das Klima ist vielen eher unbekannt.

Bei Schwefelhexafluorid (SF6) handelt es sich um ein farbloses und geruchloses Gas, das für Menschen nicht giftig ist. Weil es nicht mit anderen Gasen reagiert, wird es sehr gerne als Tracergas eingesetzt, zum Beispiel in der Medizin. Gelangt es jedoch in die Atmosphäre, ist es dort sehr langlebig und trägt wesentlich zum Treibhauseffekt bei. Es kommt zwar in der Atmoshäre in sehr viel geringeren Konzentrationen als Kohlendioxid (CO2) vor, aber sein Treibhauspotenzial liegt im Vergleich zu CO2 24.000-fach höher. Deswegen wurde es auch als eines der sechs klimaschädlichen Gase im Kyoto-Protokoll zur Reduzierung der Gas-Emissionen aufgenommen.

Frühzeitige Erkennung von Leckagen ist wichtig

Schwefelhexafluorid (SF6) ist aufgrund seiner chemischen Eigenschaften als elektrischer Isolator und dielektrisches Medium für Hochspannungs- und Schaltanlagen sowie für die Energieübertragung bei moderen Hochgeschwindigkeitszügen sehr beliebt. Mehr als 10.000 Tonnen davon werden jährlich für diesen Zweck produziert.

Doch in Anlagen und Systemen kann es zu Leckagen kommen, bei denen SF6 freigesetzt wird und in die Atmosphäre gelangt. Um dies zu verhindern, sollten die Anlagen kontinuierlich überwacht werden. Am Institut für Umweltphysik der Universität Heidelberg wird regelmässig der Gehalt verschiedener Treibhausgase in der Atmosphäre gemessen. Dabei fiel auf, dass vor allem der Gehalt von SF6 in der Atmosphäre unerklärlich hoch ist. Laut dem Kyoto-Protokoll müssen alle Mitgliedsländer ihre Emissionen melden. Doch die gemeldeten Daten stimmen nicht mit den gemessenen überein. Dies könnte vor allem an Leckagen liegen. Mit Hilfe der optischen Spektroskopie, insbesondere mit der nicht-dispersiven Infrarot-Spektroskopie (NDIR), sind solche Messaufgaben einfach und zuverlässig lösbar. Die Infrarotquellen von Axetris garantieren im gesamten mittleren Infrarotspektrum eine kontinuierlich hohe Emissivität, die notwendig ist, um kleinste Leckagen von schädlichem SF6 mit der NDIR-Technik aufzuspüren.

Messung der Gasreinheit für höchste Ansprüche

Ein weiterer, wichtiger Verwendungszweck für das Schwefelhexafluorid (SF6) findet sich in der Halbleiterproduktion. Die heutigen, hochpräzise hergestellten Bauteile aus der Halbleiter- und Mikrotechnik durchlaufen in ihrem Fertigungsprozess viele einzelne Schritte.

Ein wichtiger Schritt ist dabei das Ätzen, mit dem Mikrostrukturen hergestellt werden. Diese Mikrostrukturen werden beim Ätzen mittels Materialabtrag realisiert. Bei den verschiedenen Ätztechniken wird zwischen dem Trockenätzen und dem nass-chemischen Ätzen unterschieden. SF6 kommt als Ätzgas in Trockenätz-Verfahren zum Einsatz. Weil schon geringste Mengen an Partikeln oder Fremdgasen die empfindlichen Halbleiter beschädigen können, ist die Reinheit der verwendeten Gase enorm wichtig. Für die kontinuierliche Überwachung der Reinheit der Gase kann auch hier die nicht-dispersive Infrarot-Spektrokopie zum Einsatz kommen.