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2022-02-17T21:14:26Z

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Ein '''Kapillaritron''' ist eine Vorrichtung zum Erzeugen von Ionen- und Atomstrahlen.

==Aufbau==

[[Datei:Wolframkapillaritron.png|thumb|right|Wolframkapillaritron]]

[[Datei:Quarzkapillaritron.png|thumb|right|Quarzkapillaritron]]

[[Datei:Quarzkapillaritron.Betrieb.jpg|thumb|right|Quarzkapillaritron im Vakuum in Betrieb: Links die glühende Kapillare mit dem Plasma bis zur Extraktionskathode und rechts dahinter der bläulich leuchtende Ionenstrahl.]]

Das Kapillaritron, dessen Grundkonzept 1981 veröffentlicht wurde, besteht aus einer feinen, gasdurchströmten [[Kapillare]] aus Metall als [[Anode]] und einer dazu [[konzentrisch]]en Extraktions[[kathode]] mit einer Austrittsöffnung. Ein Gasstrom durch die Kapillare wird bei angelegter [[Hochspannung]] (üblicherweise einige [[Volt|Kilovolt]]) durch freie [[Elektron]]en und [[Sekundärelektron]]en ionisiert, die in Richtung Anode beschleunigt werden (siehe auch [[Stoßionisation]]). Die positiv geladenen [[Ion]]en werden im [[elektrisches Feld|elektrischen Feld]] beschleunigt und bilden hinter der Öffnung der Extraktionskathode einen [[Ionenstrahl]]. Durch [[Rekombination (Physik)|Rekombination]] und Ladungsaustauschprozesse im [[Plasma (Physik)|Plasma]] besteht der Strahl zum Teil auch aus ungeladenen [[Atom]]en.

Die Kapillare besteht in der Regel aus widerstandsfähigen [[Werkstoff]]en, wie zum Beispiel [[Wolfram]]. Eine Weiterentwicklung von 1992 stellt das Quarzkapillaritron dar. Hier besteht die Kapillare aus [[Quarz]], einem [[Nichtleiter|elektrisch isolierenden Material]], in die ein Metalldraht eingeführt wird, um das Anodenpotential erzeugen zu können.<ref name="DE4242616">{{Patent| Land=DE| V-Nr=4242616| Code=C2| Titel=Verfahren zur Herstellung von Kapillaren sowie deren Verwendung für eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Strahls beschleunigter Ionen und/oder Atome| A-Datum=1992-12-14| V-Datum=1996-06-13| Anmelder=Markus Bautsch, Patrick Varadinek, S. Wege}}</ref> Der Vorteil besteht in der einfacheren, flexibleren und preiswerteren Herstellung von Quarzkapillaren mit vorgegebenem [[Durchmesser|Innendurchmesser]], die anders als Metallkapillaren nicht aufwendig [[Bohrer|gebohrt]], sondern [[Elektrochemisches Abtragen|elektrochemisch freigeätzt]]<ref name="DE4242616" /> oder von einem [[Glasbläser]] gezogen werden können.

Als Betriebsgase werden in der Regel [[Edelgas]]e verwendet, da diese nur eine geringe chemische Reaktion mit den anderen beteiligten Materialien eingehen. Ein Kapillaritron arbeitet aber auch mit [[Wasserstoff]], [[Stickstoff]] oder sogar [[Luft]].

Bei den Ionenstrahlen werden [[elektrische Stromdichte|Stromdichten]] von bis zu 100 [[Ampere (Einheit)|A]]/cm² und [[Strahlstrom (Teilchenphysik)|Strahlströme]] von mehreren Milliampere erreicht.

==Einsatzgebiete==

Mit den Ionen- und Atomstrahlen können Oberflächen großflächig [[Sputtern|gesputtert]] werden. Mit Atomstrahlen können dabei auch isolierende Oberflächen bearbeitet werden. Bei der Verwendung von Ionenstrahlen würden sich solche Oberflächen [[elektrostatisch]] stärker aufladen, was die Ionen vor dem Auftreffen auf die Oberfläche abbremst.

Durch [[Brillanz (Strahlung)|Fokussierung]] mit [[Ionenoptik]]en können im [[Vakuum|Hochvakuum]] Strahlen mit sehr hohen [[Leistungsdichte]]n erzeugt werden, mit denen Oberflächen auch punktuell bearbeitet werden können.

==Literatur==

* John F. Mahoney, Julius Perel, A. Theodore Forrester: ''Capillaritron: A New, Versatile Ion Source.'' In: ''Appl. Phys. Lett.'' 38, 1981, S. 320–322 ({{DOI|10.1063/1.92355}}).
* John F. Mahoney, Dan M. Goebel, Julius Perel, A. Theodore Forrester: ''A Unique Fast Atom Source for Mass Spectroscopy Applications.'' In: ''Biomed. Mass. Spectrom.'' 10, 1983, S. 61–64 ({{DOI|10.1002/bms.1200100203}}).
* Markus Bautsch, Patrik Varadinek, Stephan Wege, [[Heinz Niedrig]]: ''A Compact and Inexpensive Quartz Capillaritron Source.'' In: ''J. Vac. Sci. Tech. A.'' 12, Nr. 2, 1994, S. 591–593 ({{DOI|10.1116/1.578839}}).
* Markus Bautsch: ''Rastertunnelmikroskopische Untersuchungen an mit Argon zerstäubten Metallen.'' Kapitel 4: ''Aufbau und Eigenschaften des Quarzkapillaritrons.'' Verlag Köster, Berlin 1993, ISBN 3-929937-42-5 (Technische Universität Berlin, Dissertation, 1993).

==Einzelnachweise==
<references/>

[[Kategorie:Plasmaphysik]]
[[Kategorie:Beschleunigerphysik]]
[[Kategorie:Oberflächenphysik]]

Kapillaritron - Versionsgeschichte

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