Modellierung und Simulation eines plasma-ionengestützten Beschichtungsprozesses

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.