Plasmen und durch Plasmen induzierte Prozesse auf Oberflächen

Die Modellierung von Plasmen am IOM unterstützt Experimente durch Einblicke in die elementaren Prozesse einer Entladung. Die Modellierungsaktivitäten zielen in erster Linie auf das Verständnis der Mechanismen zur Produktion von Ionen, Radikalen und energetische Photonen, die mit Oberflächen in Beschichtungs-, Ätz- und Konversionsprozessen wechselwirken. Bei dieser Aktivität kommen hautpsächlich kinetische Modelle zum Einsatz, die mit globalen oder Fluimodellen gekoppelt werden können. Zudem werden Abtragsprofile von Plasmaquellen mittels am Institut entwickelten Programmpaketen vorhergesagt.

Expertise

  • Kinetische Modellierung von Plasmaentladungen
  • Modellierung der Abtragfunktionen und Dosisverteilungen von Plasmastrahlen

Highlights

  • Optimizing the deposition rate and ionized flux fraction by tuning the pulse length in high power impulse magnetron sputtering

    M. Rudolph, N. Brenning, M.A. Raadu, H. Hajihoseini, J.T. Gudmundsson, A. Anders, D. Lundin
    Plasma Sources Sci. Technol., Vol. 29, 05LT01 (2020)
    https://doi.org/10.1088/1361-6595/ab8175

    Hochleistungs-Impuls-Magnetronsputtern (HiPIMS) ist eine Technik der physikalischen Gasphasenabscheidung mit hoher Ionisierierungsrate der abzuscheidendenen Materialien. Es wird gezeigt, dass die typischerweise geringere Abscheiderate vom HiPIMS im Vergleich zu kontinuierlichem Sputtern (dcMS) gesteigert werden kann, indem die Pulslänge verkürzt wird. Wenn dabei gleichzeitig die Peak-Stromstärke beibehalten wird, kann ein Gewinn in der Abscheiderate ohne Kompromisse beim Ionenfluss auf das Substrat erreicht werden.

  • On the electron energy distribution function in the high power impulse magnetron sputtering discharge

    M. Rudolph, A. Revel, D. Lundin, H. Hajihoseini, N. Brenning, M. A. Raadu, A. Anders, T. M. Minea, J. T. Gudmundsson
    Plasma Sources Sci. Technol., Vol. 30, 045011 (2021)
    https://doi.org/10.1088/1361-6595/abefa8

    Die Energieverteilung der Elektronen (EEDF) in einer Entladung ist ein wichtiger Parameter für das Verständnis der chemischen und physikalischen Prozesse in einer Plasmaentladung. Hier wird die EEDF einer Hochleistungsimpulsmagnetronsputter- (HiPIMS-) Entladung modelliert. Es wird gezeigt, dass zwei maxwellsche Verteilungen die EEDF sehr gut approximieren.

  • Influence of the magnetic field on the discharge physics of a high power impulse magnetron sputtering discharge

    M. Rudolph, N. Brenning, H. Hajihoseini, M. A. Raadu, T. M. Minea, A. Anders, J. T. Gudmundsson, D. Lundin
    J. Phys. D: Appl. Phys. 55 (2021) 015202
    https://doi.org/10.1088/1361-6463/ac2968

    Das Magnetfeld eines Magnetrons hat einen großen Einfluss auf die Plasmaparameter einer HiPIMS-Entladung (High-Power Pulse Magnetron Sputtering). In dem Paper definieren wir einen Ähnlichkeitsparameter, um Entladungen mit vergleichbaren Entladungsparametern zu gruppieren, trotz sehr unterschiedlicher Magnetfeldkonfigurationen. Es wird gezeigt, dass die Energieeffizienz von HiPIMS-Entladungen mit einem niedrigeren Wert dieses Ähnlichkeitsparameters steigt, da ein höherer Anteil der Eingangsleistung für die Elektronenheizung verwendet wird. Gleichzeitig gewinnt die ohmsche Heizung der Elektronen gegenüber der Mantelheizung an Bedeutung.