F&E Schwerpunkte / Schwerpunkt: Ultra-Präzisions Oberflächenformgebung

Modellierung des Strahlprofiles einer Breitstrahlionenquelle

Das Breitstrahlprofil erhält man durch Überlagerung der einzelnen beamlets. Aufgrund des meist vorliegenden inhomogenen Plasmadichteprofiles an der Plasmagrenzschicht werden den beamlets unterschiedliche Startbedingungen aufgeprägt. Es ist daher notwendig, das Plasmaprofil an der Plasmagrenzschicht des Schirmgitters der Ionenquelle zu kennen.

Im IOM wurde dazu ein Verfahren entwickelt, das sich auf Messungen der auf die Extraktionsgitter fallenden Ströme in Abhängigkeit von der Extraktionsspannung und deren Simulation stützt. Qualifizierte Modellfunktionen der Plasmadichteverteilung lassen sich aus Messungen des Strahlprofiles mittels Faraday-Sonden nahe am Extraktionssystem, aus Langmuir-Sondenmessungen oder der ortsaufgelösten Spektroskopie des vom Plasma emittierten Lichtes gewinnen. Die Parameter der Funktion werden durch eine Anpassung simulierter und gemessener Gitter- und Gesamtstromcharakteristiken bestimmt.

Für die verschiedene Ionenquellen des IOM mit ihren verschiedenen Plasmaanregungsprinzipien konnten Plasmadichteverteilungen abgeleitet werden, mit denen sich die Modellierung des Breitstrahlprofiles signifikant verbesserte (vgl. untere Abbildung). Damit können jetzt spezielle Breitstrahlprofile durch eine Anpassung der Gittergeometrie an das Plasmaprofil und das gewünschte Strahlprofil erzeugt werden.

Plasmaprofil an der Plasmagrenzschicht (Besselfunktion J₀) der 20 cm ECR Ionenquelle, abgeleitet aus OES-Messungen und Parameter durch einen Fit an Gesamtstrom- und Gitterstromabhängigkeiten von der Extraktionsspannung bestimmt

Breitstrahlprofile in verschiedenen Abständen von der 20 cm ECR Ionenquelle, Durchmesser des Lochkreises 190 mm. (Linien: berechnete Profile, Punkte: gemessene Profile)

Ausgewählte Publikationen zu diesem Forschungs- und Entwicklungsschwerpunkt

• F. Scholze, H. Neumann, M. Tartz, J. Dienelt, H. Schlemm, Ion current density profile control of a scalable linear ion source and its application, Rev. Sci. Instrum. 77 (2006) 03C107 .
• M. Tartz, E. Hartmann, R. Deltschew, H. Neumann, Approximation of the plasma inhomogenity by broad beam measurements and simulation, Rev. Sci. Instrum. 71 (2) (2000) 678-680.
• M. Tartz, R. Deltschew, E. Hartmann, H. Neumann, Effect of the plasma inhomogeneity on grid performance, Surf. Coat. Technol. 142-144 (2001) 34-38.

Kontakt

Siehe auch

• Simulation der Gitterlebensdauer (Gittererosion)
• Simulation von Ladungstransportprozessen in ionenoptischen Systemen (Überblick)
• Entwicklung von Breitstrahlionenquellen