Ionenquellen
Ionenquellen sind Geräte, die neutralen Atomen oder Molekülen Elektronen entziehen oder sie durch andere Ionisationsprozesse in Ionen verwandeln. Sie liefern Ionenströme oder -strahlen, die in der Grundlagenforschung, der Materialbearbeitung, der Massenspektrometrie und in Raumfahrtanwendungen eingesetzt werden. In einem typischen Aufbau wird aus einem Vakuum eine Gasquelle oder Targetsubstanz eingeführt, die durch elektrische Felder, Plasmen oder Elektronenstöße ionisiert wird. Die resultierenden Ionen werden durch weitere Felder extrahiert, beschleunigt und zu einem Strahl geformt, dessen Charakteristik sich durch Gasart, Druck, Elektronenzusatz, Beschleunigungsspannung und Emittanz beeinflusst.
Zu den gängigen Typen von Ionenquellen gehören:
- Elektronenstoß-Ionenquelle (EI): Elektronen treffen auf Gasatome, wodurch Ionen gebildet werden; häufig in der Massenspektrometrie verwendet.
- Duoplasma-Ionenquelle: Plasmabildung durch Hochfrequenz- oder Gleichstromentladungen; hohe Ionenkonzentrationen für Ioneneinbettung oder Analyse.
- Sputter-Ionenquelle: Zielmaterial wird durch Beschuss Ionenbildner freigesetzt; genutzt für Oberflächenbehandlung und Analytik.
- Feldemissions-Ionenquelle: Ionisation durch Feldemission; oft in fokussierten Ionenstrahlen eingesetzt.
- Induktiv gekoppeltes Plasma (ICP) Quelle: hohe Plasmazustandsdichte, vielseitig für Ar- oder Halogenide-Ionen.
- Penning-Quellen und Raumfahrtquellen: spezialisierte Quellen für Anwendungen wie Ionentriebwerke, häufig mit Xenon.
Anwendungen umfassen Massenspektrometrie, Ionimplantation in der Halbleiterfertigung, Oberflächen- und Dünnschichtbehandlung, Materialanalyse sowie Ionenstrahl-basiertes Fräsen und Milling.