Emittanz des Ionenstrahls
Die Entstehung des Ionenstrahls an der emittierenden Potenzialfläche ist im Bild 701 links unten nochmals skizziert. Hier starten die Ionen aus der Ruhelage. Es entsteht ein scharfes Crossover. Diese Darstellung ist jedoch unzulässig vereinfacht, da sich die Ladungsträger im Plasma - wie oben erwähnt - ungeordnet bewegen und jedes Ion unterschiedliche Anfangsgeschwindigkeiten bis in die emittierende Potenzialfläche mitbringen. Das wird durch das rote Ion (oder den Igel) oben links im Bild symbolisiert. Die Anfangsverteilung der Ionen führt zu einer Auf- weitung des Crossovers: der Strahl besitzt Ausdehnungen Dr und Dg bezüglich seiner Orts- und seiner Winkelkoordinate.
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Emittanz eines Ionenstrahls Man kann den größten Teil der Ionen (z. B. 90%) des Strahls innerhalb der Emittanz-Ellipse (rechts im Bild) unterbringen. Die Emittanz des Strahls e wird durch die Fläche dieser Ellipse bestimmt, wie im oberen blauen Kasten erläutert ist. Auf dem Weg von der emittierenden Potenzialfläche bis zum Crossover wird die Energie der Ionen – hier um 100 q keV – erhöht. Die Längskomponente der Ionenge- schwindigkeit vergrößert sich stark. Berücksichtigt man die nachträglich auf das Ion übertragene Energie, ergibt sich gemäß der Formel im unteren blauen Kasten eine Konstante: die normierte Emittanz enorm. |
Die normierte Emittanz eines Ionenstrahls hat eine vielseitige Bedeutung für ionenoptische Systeme. Das wird an Beispielen erläutert.
1. Beispiel: Die Bildgröße in ionenoptischen Systemen wird wesentlich durch drei Komponenten beeinflußt:
- geometrische Vergrößerung der Gegenstandsgröße b1 = M g (s. Bild 204)
- Summe der Linsenfehler b2 (s. z.B. Bild 404) und
- Aufweitung durch den Einfluss der Emittanz b3 = enorm/ Dg E1/2.
2. Beispiel: In der Rossendorfer Strahlkopplung werden im Tandetron- und im Implanterzweig Ionenquellen mit vergleichbarer Emittanz eingesetzt. Da die Ionenenergien der beiden Beschleuniger sich um den Faktor 10 unterscheiden und die ionenoptischen Elemente der beiden Strahlführungen vergleichbare Radialabmessungen haben, darf die Länge der Implanterstrahlführung nur ein drittel der Tandetronstrahlführung betragen (vergl. Bild 103).
3. Beispiel:
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Rossendorfer Ionenbremse - Strahlengang Die Ionenbremse der Rossendorfer Anlage zur Erzeugung langsamer, hochgeladener Ionen (vergl. Bild 104) reduziert die kinetische Energie der Ionen um den Faktor 3x10-3. Entsprechend vergrößert sich die Strahlemittanz während des Abbremsvorgangs. Die Linsen der Ionenbremse sind so ausgelegt, dass der Strahlfleck beim Abbremsen unwesentlich vergrößert wird, der Winkelbereich unter dem die gebremsten Ionen auf das Substrat treffen, vergrößert sich daher etwa um den Faktor 10 bis 20. |
