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Plasma-Immersions-Ionenimplantation (PIII)Das Arbeitsgebiet der Plasma-Immersions- und Ionenimplantation umfasst sowohl die Modifizierung von Oberflächen mit energetischen Ionen als auch die Charakterisierung des Plasmas und der Plasmarandschicht, die der Ursprung der Ionen sind. Zusätzlich wird noch ein Werkstofflabor zur mechanischen Prüfung und Charakterisierung der Oberflächen betrieben. Damit kann die gesamte Prozesskette charakterisiert werden. Die Methode wird ebenfalls für die Erzeugung biokompatibler Oberflächen eingesetzt. Die Plasma-Immersion-Ionenimplantation (PIII) hat sich in den letzten 20 Jahren als ein Verfahren etabliert, das die homogene Implantation in beliebige dreidimensionale Körper erlaubt (siehe Abb. 1) und damit die „line-of-sight“-Beschränkung der konventionellen Ionenimplantation umgeht. Dabei werden im gepulsten Modus dem Plasma massiv Ionen entzogen (siehe Abb. 2). Weiterhin ist die Wechselwirkung mit einem stark gerichteten Ionenfluss, was einer stark inhomogenen Plasmadichte entspricht, und deren Einfluss auf die zeitliche und energetische Verteilung der implantierten Ionen bisher nicht untersucht worden. Die hier gewonnenen Informationen zielen neben Grundlagenforschung speziell auf den Erkenntnisgewinn, der bei der kundenspezifischen Anlagenentwicklung direkt einfließen kann.
Beim Auftreffen der Ionen auf die Oberfläche werden einerseits Atome aus dem Festkörper ausgelöst, d.h. zerstäubt, und andererseits wird die kinetische Energie der Ionen durch Kollisionskaskaden im Festkörper deponiert. Diese, nicht-thermische Energie erlaubt Phasenbildungs- und Segregationsprozesse, die sich durchaus stark von denen der Gleichgewichtsthermodynamik unterscheiden können (vgl. Abb. 3). Implantation bei erhöhter Temperatur erlaubt gleichzeitig noch thermische Diffusion und die Ausbildung dickerer Schichten. Weiterhin werden in den implantierten Bereich durch die neu eingebrachten, überzähligen Atome Druckspannungen aufgebaut, die zu plastischem Fließen in der Oberfläche führen können. Zerstäubung der Oberfläche reduziert diese Dicke wieder und führt außerdem noch zu einer Veränderung der Oberflächenmorphologie, sprich Glättung, Aufrauung oder Nanostrukturierung. Bei der Bestimmung der Eigenschaften der so funktionalisierten Schichten sind neben Methoden zur physikalischen Oberflächencharakterisierung hier klassische Verfahren zur Werkstoffprüfung mit modernsten Geräten im Einsatz.
Neben der PIII werden auch Niederenergie-Breitstrahlionenquellen (siehe Abb. 4) sowie konventionelle Ionenimplanter eingesetzt.
Neben der PIII werden auch Niederenergiebreitstrahlionenquellen (siehe Abb. 4) sowie konventionelle Ionenimplanter eingesetzt. Die momentanen Arbeiten von Grundlagenuntersuchungen bis zu Entwicklung von speziellen Anwendungen können in folgende Gruppen unterteilt werden: Biokompatible Oberflächen und dünne Schichten Verschleißschutz von Edelstahl Schichtwachstum bei der MePIIID
Ausgewählte Publikationen zu diesem Forschungs- und Entwicklungsschwerpunkt
Kontakt
PD Dr. Stephan Mändl
Horst Neumann Siehe auch
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