Ionenquellenentwicklung und Anwendungen

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Bildung von CrN während des Nitridierens von Stahl: HAADF-STEM-Abbildung (a), Kompositdarstellung von Cr und Fe (b), Elementverteilung von Stickstoff (c).
2D-Konturplot der in-situ XRD-Messungen während der Niederenergie-Ionenimplantation von Stickstoff in Stahl AISI 304
Zeitlicher Verlauf von Primärstrom, Energiefluss und Probentemperatur während des Ionenabtrages der oxidierten Legierung AZ91 mittels gepulstem Ar-Ionenbeschuss (3 kV, 5 kHz, 15 µs PIII-Pulsdauer). Der Beschuss wurde bei 52 min beendet, wonach das Substrat ohne PIII und Hintergrundplasma abkühlte.

Grundlagen der Ion-Festkörper-Wechselwirkung

Zur Vertiefung des Verständnisses der Wechselwirkung energetischer Ionen mit Oberflächen werden Grundlagenuntersuchungen, z.B. die Bestimmung der Ionenzerstäubungsrate von Materialien in Abhängigkeit von Ionensorte, -energie und -einfallswinkel durchgeführt. Neben massiven Proben kann auch die integrale Zerstäubungsausbeute von dünnen Folien hochpräzise untersucht werden. Zusätzlich kann der zeitliche Verlauf des Ionenabtrages in einer separaten Anlage mittels in-situ XRD verfolgt werden kann. Die Kombination von ionengestütztem Materialabtrag und in-situ XRD erlaubt darüber hinaus eine Tiefenprofilierung der Phasenzusammensetzung mit exzellenten Tiefenauflösungen von ~25 nm. Der Einsatz unkonventioneller, zeitaufgelöster in-situ Diagnostiken trägt zur Vertiefung des Verständnisses plasmabasierter Prozesse an Oberflächen bei. 

  • Bestimmung der Ionenzerstäubungsrate von Materialien und ihre Abhängigkeit von Ionensorte, Ionenenergie und Einfallswinkel
  • Bestimmung des zeitlichen Verlaufs des Ionenabtrages von Folien und dünnen Schichten
  • Untersuchung von Phasenwechselprozessen während der Ionenimplantation mittels in-situ XRD
  • Untersuchung von plasmabasierten Prozessen mittels unkonventioneller, zeitaufgelöster in-situ Diagnostik (optische Emission, Sekundärelektronen, Thermosonde, …)

Ausgewählte Publikationen

  • F. Haase, D. Manova, D. Hirsch, S. Mändl, H. Kersten
    Dynamic determination of secondary electron emission using a calorimetric probe in a plasma immersion ion implantation experiment
    Plasma Sources Sci. Technol. 27 (2018) 044003
    DOI:10.1088/1361-6595/aabb2d

  • D. Manova, A. Bergmann, S. Mändl, H. Neumann, B. Rauschenbach
    Integration of a broad ion source with a high-temperature vacuum XRD chamber
    Rev. Sci. Instrum. 83, 113901 (2012)
    https://doi.org/10.1063/1.4765703

  • M. Tartz, T. Heyn, C. Bundesmann, C. Zimmermann, H. Neumann
    Sputter yields of Mo, Ti, W, Al, Ag under xenon ion incidence
    Eur. Phys. J. D 61 (2011) 587
    DOI:10.1140/epjd/e2010-10553-8

  • T. Welzel, S. Mändl, K. Ellmer
    Cluster Ion Formation during Sputtering Processes: A Complementary Investigation by TOF-SIMS and Plasma Ion Mass Spectrometry
    J. Phys. D Appl. Phys. 47 (2014) 062504
    DOI:10.1088/0022-3727/47/6/065204