Modellierung und Simulation eines plasma-ionengestützten Beschichtungsprozesses

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Diese Arbeit befasst sich mit der theoretischen Beschreibung des Plasmas in einem plasma-ionengestützten Beschichtungsprozess (engl. Plasma Ion Assisted Deposition, PIAD). Das Verfahren findet vor allem in der Herstellung optischer Schichten seine Anwendung. Um Einsicht in das Verhalten des Plasmas zu erhalten, werden neuartige mathematisch-physikalische Modelle erarbeitet, die an die besonderen Bedingungen in einem solchen Prozess angepasst sind. Zunächst wird ein analytisches Plasmamodell basierend auf der Aufgliederung der Ionen in Strahl- und Hintergrundionen entwickelt. Durch Kopplung der Lösungen des Modells an eine kinetische Simulation werden zusätzliche Erkenntnisse über die Verteilungsfunktionen der Ionen und energiereichen Neutralteilchen gewonnen. Ein weiterer Teil widmet sich der Analyse der sich in einem solchen Plasma vor Objekten aufbauenden Randschichtspannung. Zur Validierung der Ergebnisse werden Vergleiche mit Messreihen aus Experimenten vorgenommen. Um das notwendige Gerüst für eine generelle, kinetische Beschreibung des Plasmas zu schaffen, wird ein gyrokinetisches Modell der Elektronenkomponente hergeleitet. Grundlage des Ansatzes ist dabei eine Störungsrechnung für die Verteilungsfunktion unter der Annahme von Axialsymmetrie.