Ionenstrahltechnologie auf dem Vormarsch

  • 26. September 2003



Die Vergütung und Veredlung von Werkstoffoberflächen gewinnt in der modernen Industriegesellschaft immer stärker an Bedeutung. Dabei müssen diese heutigen Funktionsschichten nicht nur leistungsfähiger sein, sondern sollten überdies auch immer noch dünner werden. Auf der Suche nach geeigneten Verfahren zur Erzeugung und Optimierung solcher funktionsgebenden Oberflächenschichten, wird man besonders in der Ionenstrahltechnik fündig.

Mit der Ionenstrahltechnik lassen sich Oberflächen von Werkstücken gezielt veredeln, um Reibung, Verschleiß und Korrosion zu minimieren. Damit wird die Funktion von Werkzeugen und Maschinen verbessert und die Standzeit verlängert. Ein weiterer nicht zu vernachlässigender Vorteil der Ionenstrahltechnologie ist, dass die Geometrie des Werkstücks bei der Beschichtung nicht verändert wird und die Werkstoffeigenschaften im Innern unverändert bleiben.

Die Hochfrequenz Strahlquellen der Firma Ionen- und Plasmatechnik (IPT) können entweder für sich alleine als Ätz- oder Zerstäubungsquellen verwendet werden oder in Verbindung mit Verdampfereinheiten in so genannten IBAD-Prozessen (Ion Beam Assisted Deposition). Das Spektrum der Strahlquellen reicht von niederenergetischer Strahldeposition (30-500eV) bis zu Ätzverfahren (Sputtern) und Oberflächenreinigung von (100-2000eV). Die Strahlgeometrie kann dabei auf die jeweilige Anwendung angepasst werden.

Die Plasmastrahlquelle PSQ. (Quelle: IPT)

An der Universität Heidelberg wurde z. B. eine Quelle mit einer 30 cm langen Schlitzextraktion in Verbindung mit zwei Verdampfereinheiten eingesetzt, um in Versuchen das Korrosionsverhalten von PVD-Zink- und Zinklegierungsschichten gezielt, gegenüber herkömmlichen galvanisch aufgebrachten Zinkschichten, zu verbessern.

Da alle von IPT hergestellten Quellen mit elektromagnetischen Hochfrequenzfeldern betrieben werden, sind fast alle Arbeitsgase nutzbar um die verschiedenen „Ionenarten“ zu erzeugen, insbesondere auch reaktive Gase. Alle IPT-Quellen haben aufgrund ihrer "filamentlosen" Plasmaanregung den Vorteil, dass kein "Filamentwechsel" nötig ist und die Quellen über große Prozessstandzeiten verfügen.

Speziell für den niederenergetischen Bereich wurde eine Quelle entwickelt, mit der es u. a. möglich ist, direkt aus der Gasphase heraus, Korrosionsschutzschichten für magnetische Speichermedien abzuscheiden, die nur wenige Atomlagen dick sind.

Die Linear Ionenstrahlquelle ECWR. (Quelle: IPT)

Die IPT-Plasmastrahlquellen besitzen überdies die Eigenschaft eines "quasi" neutralen Teilchenstrahls. Um sich diesen erheblichen Vorteils bewusst zu machen, muss man sich vergegenwärtigen, dass bei herkömmlichen Ionenquellen der Strahl aus positiv geladenen Teilchen besteht. Beschießt man damit ein isolierendes Substrat d. h. ein Substrat bei dem die geladenen Teilchen nicht abfließen können, bildet sich aufgrund der intrinsischen Ladungsverteilung ein positives Potential auf der Probenoberfläche aus. Der ankommende (pos.) Ionenstrahl wird abgeschwächt, im schlechtesten Fall kommt der Strahlstrom ganz zum erliegen. Bei einem "neutralen" Plasmastrahl kann es zu solch einem Aufladungseffekt auf dem Substrat nicht kommen. Der Beschuss des Substrates wird also über den gesamten Depositionszeitraum ungeschwächt fortgeführt.

Quelle: IPT Ionen- und Plasmatechnik

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  • 30. November 2017

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