Zur Geschichte der Entwicklung und Anwendung von Breitstrahlionenquellen

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Vorwort / Preface Vorwort Prof. Dr. Frieder Bigl (Gründungsdirektor und erster Direktor des IOM) „Veränderung ist das Gesetz des Lebens. Diejenigen, die nur auf die Vergangenheit oder Gegenwart blicken, werden die Zukunft verpassen.“ Diese Formulierung einer uralten Weisheit durch John F. Kennedy hat selbstverständlich auch für die Bereiche Wissenschaft und Technik Gültigkeit. Bereits vor 50 Jahren standen wir ‐ die damalige Abteilung Elektromagnetische Isotopentrennung des Zentralinstituts für Isotopen‐ und Strahlenforschung (ZfI) ‐ vor einer nicht leichten Entscheidung: Sollten wir unser bisheriges „Anwendungs‐Zielgebiet“, die effektive Nutzung von Ionenstrahlen zur Gewinnung von angereicherten seltenen Isotopen weiter ausbauen oder das Anwendungsziel total neu definieren. Der Hintergrund dafür lag in der auf dem Isotopensektor stark gewachsenen internationalen Konkurrenz im Verhältnis zu den eigenen begrenzten Ressourcen. Die ins Auge zu fassende Alternative war, die Nutzung der Strahlung zur Modifizierung oberflächennaher Schichten von Festkörpern als neues Fernziel festzulegen. Die Entscheidung fiel aus zwei Gründen nicht leicht: Wir verließen das im Institut für stabile Isotope seit 15 Jahren erforschte Gebiet der Anreicherung, Analyse und Anwendung stabiler Isotope, dessen sehr erfolgreiche, komplexe Bearbeitung auch international hohe Anerkennung fand, und zweitens waren unsere zwei Hochspannungs‐Hochstrom‐Massentrenner und die vorhandene Isotopenanalytik für die zu erwartenden neuen Forschungs‐ und Entwicklungsarbeiten total ungeeignet. Wir entschieden uns für den risikoreichen Neuanfang und mussten deshalb in den Folgejahren die Gerätetechnik der Abteilung vollständig erneuern. Da die finanziellen Mittel ‐ speziell die für Importe – nur sehr beschränkt zur Verfügung standen und unverzichtbare Geräte, insbesondere geeignete Ionenquellen, überhaupt nicht angeboten wurden, blieb nur die Befolgung einer zweiten alten Weisheit: „Not macht erfinderisch“. In enger Kooperation mit potentiellen Anwendern und Ausrüstungsentwicklern in der Industrie wurde die Umstellung geschafft. Und nicht nur das: Von Anfang an wurde gemeinsam darauf Wert gelegt, die Ionenquelle, das Schlüsselelement der Ionenstrahltechnologie, auf Industrietreife zu trimmen, was auch sehr bald mit zwei Quellen vom Kaufman‐Typ gelang. Sie wurden im damaligen VEB Hochvakuum Dresden seit Anfang der 1980er Jahre produziert. Die beschleunigte Entwicklung nach der Wende führte zu weiteren vorzugsweise filamentlosen Typen mit HF‐ bzw. Mikrowellen‐Anregung. Diese wurden ebenso zeitnah einer Vermarktung zugeführt, insbesondere über die Firmen, die aus dem IOM bzw. unter IOM‐Beteiligung gegründet wurden (IOT GmbH, Solarion GmbH, NTGL GmbH und Opteg GmbH). … von Breitstrahlionenquellen in Leipzig

4 Mit dem neuen Ionenstrahltechnik‐Applikationsgebiet, der „Oberflächenmodifizierung“, erweiterte sich selbstredend auch der methodische Horizont. So wurden etwas später als Konsequenz zwei weitere Verfahren basierend auf Lasern und auf Plasmajets in das Gesamtkonzept integriert. Vorwort Dank dieser frühen Neuorientierung auf ein zukunftsträchtiges neues Anwendungsgebiet einerseits und der sehr guten Zusammenarbeit und der Anpassungsfähigkeit der Belegschaft der Abteilung andererseits, wurde in gemeinsamer Anstrengung mit der Nachbar‐Abteilung Elektronenstrahltechnik, die ähnliche Probleme zu überwinden hatte, der „verlustfreie“ Sprung in die neue Gesellschaftsepoche geschafft. Meine Erfahrungen aus der Vor‐ und Anfangsgeschichte der Abteilung Ionenstrahltechnik des IOM habe ich bereits bei meinem Ausscheiden zusammengefasst. Der Autor dieses Heftes hat sie am Schluss nochmals angeführt. Heute, mit 86 Jahren und 20 Jahren Abstand sind Ratschläge meinerseits nicht mehr angebracht. Jedoch, eine Bitte zum Schluss habe ich noch. Dabei denke ich an die im Gründungsauftrag des Instituts verankerte Anwendungsnähe von Forschung und Entwicklungen. Bitte denken Sie bei der Suche nach neuen, innovativen Anwendungszielen vor allem auch an die Industrie in den nicht mehr ganz „Neuen Bundesländern“. Vor allem eigenständige, von westdeutschen Konzernen unabhängige Betriebe, die sich keine eigene Forschung leisten können, sowie Aus‐ und Neugründungen (heute: „Start‐ups“) haben nach wie vor eine direkte Unterstützung bitter nötig. Dem IOM und allen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern wünsche ich für die Zukunft Erfolg und alles Gute. Frieder Bigl C. Bundesmann, Zur Geschichte der Entwicklung und Anwendung …

Vorwort 5 Vorwort Prof. Dr. André Anders (Direktor des IOM) Veränderungen passieren ständig. Manche erscheinen in kleinen, kaum merkbaren Schritten, andere sind Umbrüche. Die Gründung des Institutes kam in einer Zeit eines großen Umbruchs. Aber auch hier wurde auf Vorhergehendem aufgebaut, und so hat das Institut Wurzeln, die viel tiefer gehen, als man auf den ersten Blick vermutet. Um Veränderungen nicht nur geschehen zu lassen, sondern sie zu gestalten, muss man die Geschichte kennen. Das trifft auf verschiedenen Ebenen zu, sei es die gesellschaftliche, sei es die Institutsebene, oder die persönliche. Ähnliche Überlegungen kann man zu Zusammenhängen und Vernetzungen anstellen. Manche sind offensichtlich und stark, manche sind gerade mal Berührungspunkte und manche warten darauf, entdeckt und etabliert zu werden. All das kann man auch in der Institutsgeschichte wiederfinden. Im Zuge der deutschen Wiedervereinigung wurde die Akademie der Wissenschaften der DDR gemäß des Einigungsvertrags „abgewickelt“ (ein sehr unpopuläres Wort). Zwei Einheiten, die man „Elektronenstrahltechnik“ und „Ionenstrahltechnik“ nannte, wurden 1992 zum IOM. Das Nachwirken dieser Zweiteilung merkt man bis heute. Viele Details zum Teil „Ionenstrahltechnik“ vor, um und nach der Wendezeit sind von Carsten Bundesmann liebevoll gesammelt und dargestellt worden. Die Ursprünge der Arbeiten zu den Ionenstrahltechnologien in Leipzig reichen bis in die 1960er Jahre zurück. Am damaligen Institut für Stabile Isotope, und ab Mitte der 1970er Jahre am Zentralinstitut für Isotopen‐ und Strahlenforschung (ZfI), nahm die Ionenstrahlforschung „volle Fahrt auf“. Beide Institute waren Forschungseinrichtungen der Akademie der Wissenschaften der DDR. Die Akademie war damals das Rückgrat und Vorzeigesystem der Forschung in der DDR. Ich erinnere mich daran deutlich, da ich in den 1980ern meine erste Stelle am damaligen Zentralinstitut für Elektronenphysik in Berlin bekommen hatte. Das waren Zeiten politischer und wirtschaftlicher Zwänge, die aber zu erstaunlichen Erfolgen führten, da Mangel an fast allem zu Improvisation und Innovation zwang. So wurden auch auf dem Gebiet der Ionenstrahltechnologien in Leipzig Bemerkenswertes erzielt. Angesichts des langjährigen Embargos von High‐Tech Ausrüstungen musste nach Vorgaben von „oben“ in Leipzig ein neues Arbeitsgebiet erschlossen werden: die Ultrapräzisionsoberflächenbearbeitung. Sie wurde unter anderem gebraucht, um in der DDR den U61000 1‐MBit‐DRAM‐Schaltkreis (den „Megabit‐Chip“) selbst herstellen zu können. Wie Carsten Bundesmann erklärt, war das neue Gebiet unter den Mitarbeitern anfangs unbeliebt, stellte sich … von Breitstrahlionenquellen in Leipzig

6 aber später als Glücksfall heraus, da diese Technologiekapazitäten im Jahr 1991 als „von gesamtdeutscher Bedeutung“ bewertet wurden. So wurden die „Ionenstrahltechnik“ – neben der „Elektronenstrahl‐ technik“ – zu einem der beiden Pfeiler für die Gründung des IOM. Vorwort Ionenstrahltechnologien gehören also zu den ältesten Kernkompetenzen des IOM. Kernkompetenzen umfassen Ausrüstungen und Messsysteme aber immer nur in Verbindung mit den langjährigen Erfahrungen von Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern. In all den Jahren wurde immer verstanden, dies zu pflegen und junge Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern für diese Arbeiten zu begeistern. Das IOM hat sich hier einen internationalen Ruf erarbeitet, der auch dadurch zum Ausdruck kommt, dass führende Unternehmen der Optik und des Maschinenbaus für die Halbleiterindustrie zum IOM kommen, um in Partnerschaft die Kette von der Werkzeug‐ zur Prozessentwicklung zu bearbeiten. Um auf den Ausgangsgedanken zurückzukommen: Veränderungen gibt es ständig. Sie sind notwendig, um unter veränderten Bedingungen relevant zu bleiben. Lange vergangen sind die Tage des Megabit‐Chips. Trotzdem sind die Forschungsfelder um Ionenstrahltechnologien wichtig, heute mindestens soviel wie vor 30 Jahren! Wenn wir nun, im Jahr 2020, die Forschungsausrichtungen des IOM auf den Prüfstand stellt, um zu sehen, wo das IOM in fünf oder zehn Jahren sein sollte, so finden wir die Notwendigkeit, uns wieder zu verändern und sogar einen „Umbruch“ zu wagen. Dabei etablieren sich Ionenstrahltechnologien für die Ultrapräzisionsbearbeitung ab 2021 als neuer „Forschungsbereich 1“ des IOM: Wir erwarten also eine erfolgreiche Fortsetzung der (Teil‐)Geschichte des IOM! Möge die vorliegende Zusammenstellung, die die besonderen Kompetenzen des IOM auf dem Gebiet der Ionenstrahltechnologien eindrucksvoll dokumentieren, Inspiration für die angehenden Aufgaben sein. Leipzig, im Oktober 2020 André Anders, Direktor des IOM seit 2017 C. Bundesmann, Zur Geschichte der Entwicklung und Anwendung …

Vorwort 7 Vorwort des Autors Das vorliegende Heft möchte einen Beitrag zur Geschichte des Leibniz‐Instituts für Oberflächen‐ modifizierung (IOM) liefern. Es soll daran erinnern, dass die Ursprünge der erfolgreichen Arbeiten am IOM weit zurückreichen. Hauptaugenmerk wird dabei auf die Entwicklung und Anwendung von Ionenstrahlquellen oder genauer gesagt von "Breitstrahlionenquellen" gelegt. Die Arbeiten begannen in den 1960er Jahren am damaligen Institut für stabile Isotope (ISI) und wurden anschließend am Zentralinstitut für Isotopen‐ und Strahlenforschung (ZfI) fortgesetzt. Beides waren Institute der Akademie der Wissenschaften der DDR. Als Folge der Wiedervereinigung wurde das ZfI aufgelöst. Aber dank der erfolgreichen Vorarbeiten auf den Gebieten der Ionenstrahltechnik und der Elektronenstrahltechnik konnte am 01.01.1992 das Institut für Oberflächenmodifizierung (IOM) als „Blaue‐Liste“‐Institut gegründet werden. Die Entwicklung und Anwendung von ist auch heute noch ein zentrales Forschungsthema am IOM. Auf diesem Gebiet nahm und nimmt das Institut eine ‐ auch im internationalen Vergleich ‐ unikale Stellung ein. Diese Stellung gilt es zu festigen und auszubauen, da Ionenstrahl‐ technologien in den letzten Jahren wieder stark an Bedeutung gewonnen haben. Ionenstrahlquellen Der Schwerpunkt dieses Heftes ist die Beschreibung der wichtigsten gerätetechnischen Entwicklungen und Anwendungen auf dem Gebiet der Ionenstrahltechnik in den Jahren bis zur Gründung des IOM. Darüber hinaus enthält dieses Heft aber auch Informationen zur Geschichte der Institute am Wissenschaftsstandort Permoserstraße und den gesellschaftlichen Rahmenbedingungen. Außerdem werden einige herausragende Arbeiten auf dem Gebiet der Ionenstrahltechnologien seit der Gründung des IOM gezeigt, die die heutige Vielfalt und Leistungsfähigkeit eindrucksvoll unterstreichen. Am Ende des Heftes finden sich einige weiterführende Informationen und Literaturempfehlungen. … von Breitstrahlionenquellen in Leipzig

8 Die Recherche zur Geschichte der Entwicklung und Anwendung von Ionenstrahlquellen erwies sich als schwierig. Zum einen gab es nur wenige, meist im Umfang begrenzte schriftliche Quellen. Zum anderen sind einige Quellen in den Wirren des gesellschaftlichen Wandels in Deutschland unwiederbringlich verloren gegangen. Nichtsdestotrotz ist es gelungen, erfreulich viel Material zusammenzutragen. Vorwort Das wäre aber ohne die Hilfe vieler Kolleginnen und Kollegen undenkbar gewesen. Ganz besonders möchte ich den Protagonisten Frieder Bigl, Bernd Faust, Horst Neumann und Axel Schindler danken, die ihr geistiges und materielles Archiv mit mir teilten und stets mit Rat und Tat zur Seite standen. Frieder Bigl und Axel Schindler haben auch die vorliegende Arbeit gründlich gelesen und wertvolle Korrektur‐ vorschläge gemacht. Renate Fechner, Dieter Flamm, Ingrid Herold, Petra Hertel, Dietmar Hirsch, Agnes Mill und Andreas Nickel (ZfI/IOM) haben ‐ dankenswerter Weise ‐ auch interessante Informationen und Material beigetragen. Weiterhin möchte ich den Kolleginnen und Kollegen Gregor Dornberg, René Feder, Annemarie Finzel, Frank Frost, Jürgen W. Gerlach, Stephan Görsch, Frank Scholze, Eva Schubert, Michael Tartz, Ronny Woyciechowski, Michael Zeuner und Bashkim Ziberi (aktuell oder ehemals IOM) für Ihre Beiträge über die Erfolge der fortführenden Arbeiten am IOM danken. Für das kritische Begutachten der Rechtschreibung danke ich Stephan Mändl (IOM). IOM (K. Ohndorf), des Helmholtz‐Zentrums Für die tatkräftige Unterstützung bei der schwierigen Quellensuche gilt weiterhin mein Dank den Bibliotheken des für Umweltforschung Leipzig (E. Schnauková), des Helmholtz‐Zentrums Dresden‐Rossendorf (W. Redel) und der Juristenfakultät der Universität Leipzig (S. Juhran). Einige sowjetische Quellen wurden von Kollegen des Staatlichen Luftfahrtinstituts Moskau (V. Abgaryan) und des Kurtschatow‐Instituts Moskau (S. Korshunov) zur Verfügung gestellt. Abschließend möchte ich noch erwähnen, dass mir die Arbeit sehr viel Freude bereitet hat. Ich habe viel hinzugelernt und viele interessante Gespräche geführt. Ich hoffe, Sie können das aus den folgenden Seiten herauslesen und meine Freude teilen. Carsten Bundesmann C. Bundesmann, Zur Geschichte der Entwicklung und Anwendung …

Vorwort 9 Preface of the Author The aim of this booklet is to shed light onto the (pre‐)history of the Leibniz Institute of Surface Engineering (IOM). The origins of the successful works at IOM date back as far as to the mid‐1960s. It had started at the Institute of Stable Isotopes (ISI) and continued at the Central Institute of Isotope and Radiation Research (ZfI, German Zentralinstitut für Isotopen‐ und Strahlenforschung) in Leipzig. Both institutes belonged to the Academy of Sciences (AdW) of the former German Democratic Republic. As a consequence of the German reunification in 1990, all institutes of the AdW were liquidated by the end of 1991. Meanwhile, all institutes were evaluated by the German Science Council (Wissenschaftsrat) in order to identify research topics which were of scientific, technological or commercial interest in the reunited Germany. Based on the evaluation of the ZfI, it was (among others) recommend to establish a research institute which should use and further develop the successful, technologically interesting work related to ion beam and electron beam technologies. As a consequence, the (Leibniz) Institute of Surface Engineering was founded on January 1, 1992. The founding director was Prof. Frieder Bigl, who was also head of the Department of Ion Beam Technologies. Vice director and head of the Department of Electron Beam Technologies was Prof. Reiner Mehnert. This presentation focuses on the development and application of low‐energy, broad‐beam ion sources for materials processing. This topic was, in addition to successful contribution related to electron beam technologies, one of the key technologies leading to the foundation of the IOM. There were numerous developments at the ZfI, which at that time were state of the art, even when compared with industrial competitors from US, UK or Japan. The main highlight was the fully automated ion beam etching plant ISA 150 with the ion beam sources ISQ 76/150. Unfortunately, due to the embargo restrictions in the GDR, these machines could not be exported and only about ten of them were built. Two ISA 150 are still in operation at IOM and are continuously used for fundamental investigations or collaborations with external partners from research and industry. In the first part, a general, historical overview from the beginning in the 1960s up to the foundation of IOM in 1992 is given. In addition to information related to the research institutes, the main social circumstances in those days in the GDR are addressed. The main part of this work is dedicated to the development and application of broad‐beam beam sources at the ZfI. Finally, some fine examples of … von Breitstrahlionenquellen in Leipzig

10 current activities at IOM are given. At the end, the main protagonists are introduced and a list of recommended literature for further reading can be found. Vorwort Ion beam technologies have (re‐)gained much attention in the last years, for instance, in the optics industry. Since ion beam technologies are still a key technology at IOM, the successful work will continue. This booklet would have been impossible without the help of many colleagues from ZfI or IOM, who shared their memories, archives, and results of their work with me. There was also support from external colleagues. All of them are named in the section ‘Vorwort des Autors‘. My deep gratitude goes to the protagonist of ion beam technologies at ZfI and IOM: F. Bigl, B. Faust, H. Neumann, and A. Schindler. But the author is very grateful for any contribution. Finally, I apologize to readers from abroad for writing this booklet in German. I know, English is the common language of scientific exchange today. Choosing German instead of English is related to the fact that most of the original sources were written in German. (Besides, in those days Russian was more common than English. Would you prefer Russian?) Still, there are a lot of illustrations. Therefore, I believe that this presentation is yet of interest to readers that are not familiar with German tongue. Carsten Bundesmann C. Bundesmann, Zur Geschichte der Entwicklung und Anwendung …

Inhaltsverzeichnis 1.1 1.2 1.3 1.4 2.1 2.1.1 2.1.2 2.1.3 Vorwort / Preface .......................................................................................................................................... 3 Zur Geschichte ..................................................................................................................................... 13 1 Forschungskomplex Leipzig Permoserstraße bis 1990 ................................................................ 13 Politische Wende und Auflösung der Akademieinstitute ........................................................... 18 Neuanfang ‐ Gründung des IOM (1992) ...................................................................................... 22 Literaturverzeichnis ..................................................................................................................... 25 Arbeiten an den Akademieinstituten .................................................................................................. 27 Übersicht und Vorarbeiten .......................................................................................................... 27 Elektromagnetische Isotopentrennung ............................................................................... 27 Ionenimplantation in Halbleiter .......................................................................................... 28 Oberflächenmodifizierung mit Ionenstrahlen, Laserstrahlen und Plasmajets .................... 29 Ionenstrahlquelle KQ 4 ................................................................................................................ 31 Schrägschliff und Tiefenprofilanalyse ......................................................................................... 32 Exkurs: Material‐ und Gerätebeschaffung .................................................................................. 34 Strukturierung ............................................................................................................................. 35 Reaktives Ionenstrahlätzen (RIBE) ...................................................................................... 36 Chemisch unterstütztes Ionenstrahlätzen (CAIBE) ............................................................. 38 Anlage KTA und Ionenstrahlquelle BS 100 .................................................................................. 38 Kleintechnische Anlage (KTA) .............................................................................................. 40 Ionenstrahlquelle BS 100 ..................................................................................................... 43 Ionenstrahlätzanlage ISA 150 und Ionenstrahlquellen ISQ 76/150 ............................................ 43 Ionenstrahlätzanlage ISA 150 .............................................................................................. 43 Ionenstrahlquellen ISQ 76/150 ........................................................................................... 45 Exkurs: Literaturbeschaffung ...................................................................................................... 48 2.2 2.3 2.4 2.5 2.7 2.8 2 2.6 2.5.1 2.5.2 2.6.1 2.6.2 2.7.1 2.7.2 … von Breitstrahlionenquellen in Leipzig

12 Inhaltsverzeichnis 2.9 2.9.1 2.9.2 2.9.3 2.9.4 2.9.5 Ultrapräzisionsbearbeitung und Strukturübertrag in der Optik ................................................. 49 Blendenvariante ................................................................................................................. 51 Maskenvariante .................................................................................................................. 52 Formblendenvariante ......................................................................................................... 53 Blendenvariante mit rotierender Probe ............................................................................. 54 Planarisierung ..................................................................................................................... 54 Literaturverzeichnis .................................................................................................................... 56 Arbeiten am Leibniz‐Institut für Oberflächenmodifizierung .............................................................. 61 Gerätetechnische Entwicklungen ............................................................................................... 62 Ionenstrahlzerstäuben ............................................................................................................... 65 Ionenstrahlätzen ......................................................................................................................... 67 Fazit ............................................................................................................................................ 69 Literaturverzeichnis .................................................................................................................... 70 Protagonisten ..................................................................................................................................... 73 Literaturempfehlungen ...................................................................................................................... 75 2.10 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3 4 5 C. Bundesmann, Zur Geschichte der Entwicklung und Anwendung …

1 Zur Geschichte 1.1 Forschungskomplex Leipzig Permoserstraße bis 1990 Forschung und Entwicklung sind immer in die gesellschaftlichen und politischen Rahmenbedingungen eingebettet. Deshalb soll in diesem Kapitel auch das historische Umfeld beschrieben werden. Abbildung 1: Zeittafel mit den wichtigsten gesellschaftlichen Eckdaten in der DDR (links) und den für die Forschungsinstitute in Leipzig relevanten Ereignissen (rechts). Mit dem Ende des II. Weltkriegs begann eine neue Zeit für Deutschland. Die vier Siegermächte, Sowjetunion, USA, Großbritannien und Frankreich, hatten unter Anderem beschlossen, Deutschland in vier Besatzungszonen zu teilen. Schnell stellte sich heraus, dass die Besatzungsmächte unterschiedliche Vorstellungen von der Zukunft Deutschlands hatten, sodass es 1949 zur Gründung zweier deutscher Staaten kam, der BRD und der DDR. … von Breitstrahlionenquellen in Leipzig

14 1 Zur Geschichte Bereits zu Kriegsende gingen die Siegermächte auf die Suche nach Experten, die für Ihre Zwecke nützlich waren. Die USA holten sich die Raketenexperten um Wernher von Braun. Die Sowjetunion war insbesondere auf der Suche nach Wissenschaftlern und Ingenieuren, die ihr bei der Entwicklung von Atomwaffen helfen konnten. Diese "Beutewissenschaftler" wurden in die Sowjetunion gebracht, wo sie unter sehr guten Verhältnissen aber in abgeschlossenen Institutionen "kaserniert" wurden und arbeiteten. Mitte der 1950er Jahre wurden die "Beutewissenschaftler" entlassen. Um sie für einen Verbleib in der DDR zu gewinnen, wurden ihnen einige Privilegien zugestanden, zum Beispiel die Gründung neuer Forschungsinstitute und deren Leitung. Des Weiteren wurde am 1. Juli 1946 auf Befehl der Sowjetischen Militäradministration in Deutschland (SMAD) die Deutsche Akademie der Wissenschaften zu Berlin (DAW) wiedereröffnet. Im Gegensatz zu anderen Wissenschaftsakademien, sollte sie aber keine reine Gelehrtengesellschaft sein, sondern nach sowjetischem Vorbild eigene Forschungsinstitute unterhalten. Bereits Anfang der 50er Jahre waren auf dem ehemaligen Gelände der HASAG1 in der Permoserstraße in Leipzig erste Institute entstanden: 1952 das Institut für Verfahrenstechnik der organischen Chemie unter Leitung von Prof. Eberhard Leibnitz und 1954 das Institut für chemische Technologie der Plaste mit Prof. Kurt Thinius als Leiter. Ende 1955 beschlossen das Politbüro der SED und der Ministerrat der DDR die zivile Nutzung der Atomkraft. Daraufhin wurden mehrere Akademieinstitute gegründet, die sich diesem Thema widmeten. Zwei Beispiele sind das Institut für angewandte Radioaktivität (1956‐1970) und das Institut für physikalische Stofftrennung (1957‐1970, später umbenannt in Institut für stabile Isotope) auf dem Gelände Permoserstraße in Leipzig. Die beiden Gründungsdirektoren, Prof. Carl‐Friedrich Weiss beziehungsweise Prof. Justus Mühlenpfordt, waren "Beutewissenschaftler" und 1955 aus der Sowjetunion zurückgekehrt. Sie begannen rasch mit der Arbeit und konnten trotz ökonomischer und politischer Zwänge schnell Erfolge erzielen. Auf dem Gelände Permoserstraße 15 entstand ein Wissenschaftspark, der alle Wirren der folgenden Jahrzehnte überstand (Abbildung 2). In den Jahren von 1968 bis 1972 fand eine Akademiereform statt. Die wichtigsten Ziele dieser Reform waren die stärkere Zentralisierung der Forschung und eine engere Bindung an die Staatsführung. Die Folgen waren: (i) Es wurden verschiedene Zentralinstitute aus mehreren, vorher eigenständigen Instituten gebildet. Eines davon ist das Zentralinstitut für Isotopen‐ und Strahlenforschung (ZfI, bis 1971 Zentralinstitut für Isotopen‐ und Strahlentechnik) in Leipzig. (ii) Der Direktor des Instituts für Stabile Isotope, Prof. Mühlenpfordt wurde als Leiter des Forschungsbereiches Physik nach Berlin berufen. Als Direktor des neu gegründeten ZfI wurde Prof. Klaus Wetzel eingesetzt, der diesen Posten bis 1989 (formal bis 1990) begleitete. (iii) Die DAW wurde in Akademie der Wissenschaften der DDR (AdW) umbenannt. (iv) Die Verordnung über die Leitung, Planung und Finanzierung der Forschung an der Akademie der Wissenschaften und an Universitäten und Hochschulen (Forschungsverordnung) trat in Kraft. 1 Hugo Schneider AG. Unternehmen im Bereich der Metallverarbeitung, das auch als Rüstungskonzern von Bedeutung war. C. Bundesmann, Zur Geschichte der Entwicklung und Anwendung …

16 In §2 (1) der Forschungsverordnung heißt es unter Anderem: 1 Zur Geschichte Die Akademie und die Hochschulen konzentrieren die Forschung auf die Lösung wichtiger Probleme für die Entwicklung der sozialistischen Gesellschaft, der Volkswirtschaft, des Gesundheitswesens, der Bildung und Kultur der DDR. Im Detail beschrieb die Forschungsverordnung zum Beispiel auch, wie die Arbeiten zu organisieren waren und wie sie sich in den staatlichen Planungsprozess einordnen sollten. Das heißt, Forschung war nicht frei von staatlichen Einflüssen. Abbildung 3: Organisationsstruktur des ZfI (1989/90). Quelle: J. I. Baumbach, A. Schindler, Kurzinformation ZfI, Leipzig, 1990. Infolge der sich stetig verschlechternden wirtschaftlichen Situation beschlossen das Politbüro der SED und der Ministerrat der DDR 1985, die außeruniversitäre und universitäre Forschung neu auszurichten. Die neue Forschungsverordnung trat Anfang 1986 in Kraft [GBl86]. Dort heißt es unter Anderem: "… die Beziehungen der Kombinate zur Akademie und zum Hochschulwesen … [sind] in großem Umfang zu erweitern. Dabei soll die Forschung an der Akademie und im Hochschulwesen den Erfordernissen der ökonomischen und technisch‐technologischen Entwicklung der Kombinate weitgehend entsprechen … Die Forschungskooperation ist in den Plänen Wissenschaft und Technik der Kombinate und im Fünfjahrplan der C. Bundesmann, Zur Geschichte der Entwicklung und Anwendung …

1.1 Forschungskomplex Leipzig Permoserstraße bis 1990 17 Grundlagenforschung der Einrichtungen der AdW … zu planen. Mit dem Fünfjahrplan der Grundlagenforschung ist im Zeitraum bis 1990 schrittweise zu gewährleisten, daß der größere Teil des wissenschaftlichen Potentials der AdW und des Hochschulwesens über Wirtschaftsverträge für Aufgaben der Kombinate eingesetzt wird." ([GBl86], S. 9‐10) Die wissenschaftlichen Arbeiten am ZfI waren 1989 in sechs Bereiche gegliedert (Abbildung 3), die aus jeweils mehreren Abteilungen bestanden. Die Arbeiten zur Entwicklung und Anwendung von Ionenstrahlquellen gehörte zum Bereich Strahlenforschung (SF) und bildete die Abteilung Ionenstrahltechnik (SF3). Die wesentlichen Arbeitsthemen im Bereich Strahlenforschung waren wie folgt (Abbildung 4): o Beschleunigertechnik, * o Elektronenstrahlhärtung dünner Schichten, * o Angewandte Strahlenchemie, o Angewandte Strahlenbiologie, o Ionenstrahltechnik, * o Pulsradiolyse. Die mit ‚*‘ markierten Themen standen in direktem Bezug zum späteren IOM. Abbildung 4: Übersicht der Arbeitsthemen des Bereichs Strahlenforschung am ZfI (1989/90). Quelle: J. I. Baumbach, A. Schindler, Kurzinformation ZfI, Leipzig, 1990. … von Breitstrahlionenquellen in Leipzig

18 1.2 Politische Wende und Auflösung der Akademieinstitute Die politischen Veränderungen 1989/90 bedeuteten auch tiefgreifende Veränderungen für die Akademieinstitute, an deren Ende die Auflösung der Institute stand. Der Transformationsprozess der AdW‐Institute erfolgte in mehreren Phasen (Abbildung 5). 1 Zur Geschichte Abbildung 5: Zeittafel der politischen Ereignisse während und kurz nach der Wende (links) und Phasen der Transformation der Akademieinstitute (rechts, [Mayn94]). in Schnell wurde klar, dass die AdW Ihrer damaligen Form nicht erhalten werden konnte [MPräs90,GBl90a] und wieder in eine reine Gelehrtengesellschaft überführt werden sollte. Am 3. Juli 1990 wurde in einer gemeinsamen Pressemitteilung des Bundesforschungsministers der BRD, Dr. Heinz Riesenhuber, und des Forschungsministers der DDR, Prof. Frank Terpe, bekannt gegeben, dass eine zentrale Aufgabe darin besteht, "die in der Akademie der Wissenschaften (AdW) der DDR zusammengefaßten Forschungslandschaft" einzupassen [BMFT90]. [gesamtdeutsche] Einrichtungen in eine solche Außerdem wurde Folgendes vereinbart: "Der Wissenschaftsrat wird gebeten, unter Einbeziehung von Wissenschaftlern und Wissenschaftspolitikern aus der DDR eine Bewertung der Forschungskapazitäten der DDR unter seine Schirmherrschaft zu nehmen und Vorschläge zu ihrer Neuausrichtung zu machen." C. Bundesmann, Zur Geschichte der Entwicklung und Anwendung …

1.2 Politische Wende und Auflösung der Akademieinstitute In Artikel 38 – Wissenschaft und Forschung ‐ des Einigungsvertrags ist das wie folgt formuliert (Auszug, [GBl90b]): 19 (1) Wissenschaft und Forschung bilden auch im vereinten Deutschland wichtige Grundlagen für Staat und Gesellschaft. Der notwendigen Erneuerung von Wissenschaft und Forschung unter Erhaltung leistungsfähiger Einrichtungen in dem in Artikel 3 genannten Gebiet dient eine Begutachtung von öffentlich getragenen Einrichtungen durch den Wissenschaftsrat, die bis zum 31. Dezember 1991 abgeschlossen sein wird, wobei einzelne Ergebnisse schon vorher schrittweise umgesetzt werden sollen. Die nachfolgenden Regelungen sollen diese Begutachtung ermöglichen sowie die Einpassung von Wissenschaft und Forschung in dem in Artikel 3 genannten Gebiet in die gemeinsame Forschungsstruktur der Bundesrepublik Deutschland gewährleisten. (2) Mit dem Wirksamwerden des Beitritts wird die Akademie der Wissenschaften der Deutschen Demokratischen Republik als Gelehrtensozietät von den Forschungsinstituten und sonstigen Einrichtungen getrennt. Die Entscheidung, wie die Gelehrtensozietät der Akademie der Wissenschaften der Deutschen Demokratischen Republik fortgeführt werden soll, wird landesrechtlich getroffen. Die Forschungsinstitute und sonstigen Einrichtungen bestehen zunächst bis zum 31. Dezember 1991 als Einrichtungen der Länder in dem in Artikel 3 genannten Gebiet fort, soweit sie nicht vorher aufgelöst oder umgewandelt werden. Die Übergangsfinanzierung dieser Institute und Einrichtungen wird bis zum 31. Dezember 1991 sichergestellt; die Mittel hierfür werden im Jahr 1991 vom Bund und den in Artikel 1 genannten Ländern bereitgestellt. Kurz darauf nahm der Wissenschaftsrat seine Tätigkeit auf und evaluierte alle Akademieinstitute. Für das ZfI wurde zusammenfassend festgestellt (Auszug, [WR92]): im ZfI bearbeiteten Fragestellungen "Das Spektrum der ist breit gefächert, sehr anwendungsorientiert und nur in Teilbereichen der Grundlagenforschung zuzurechnen. Die Breite des bearbeiteten Themenspektrums ist nur aus einer Zeit zu verstehen, in der es galt, grundlegende Forschungsarbeiten zur Nutzung der Radioaktivität, zum Verständnis von Isotopieeffekten und zur Anwendung von Strahlen und Isotopen in der Praxis zu leisten. Die dabei entwickelten Methoden sowohl in der Meß‐ und Bestrahlungstechnik als auch im Einsatz von Radioisotopen in Industrie und Medizin sind heute etabliert. Weitergehende Arbeiten konzentrieren sich überwiegend auf die Optimierung der Verfahren und die Erschließung neuer Anwendungsgebiete. Es fehlt ein disziplinübergreifendes, kohärentes Forschungsprogramm. Der Wissenschaftsrat hat im ZfI ein in vieler Hinsicht erhaltenswertes Potential vorgefunden. Die Mitarbeiter verfügen über spezifische Kenntnisse, für die bei vielfältigen Aufgaben der Industrie, der Forschung und der öffentlichen Hand Bedarf besteht. Dennoch kann nur ein sehr eingeschränkter Themenkreis für eine institutionelle Forschungsförderung empfohlen werden. Eine erste Gruppe von Forschungsarbeiten sollte aufgrund ihrer Qualität und ihres grundlagenorientierten Charakters integriert werden. Der in eine Hochschule … von Breitstrahlionenquellen in Leipzig

20 1 Zur Geschichte Wissenschaftsrat empfiehlt, Arbeitsgebiete in die Universität Leipzig zu überführen. im Rahmen des Hochschulerneuerungsprogramms sechs Eine zweite Gruppe von Arbeiten ist von grundsätzlichem Interesse für die Weiterentwicklung von Verfahrenstechnologien der nichtthermischen Stoffwandlung und Materialbehandlung. Hierbei handelt es sich um überregional wirksame, wertvolle Vorlaufforschung für den industriellen Einsatz. Der Wissenschaftsrat schlägt daher vor, ein Institut der Blauen Liste zu gründen, das anwendungsorientierte Grundlagenforschung zur Wechselwirkung von Strahlung und Materie betreibt, um u. a. die Mechanismen strahleninduzierter Reaktionen aufzuklären, das Verständnis der Ätz‐ und Abscheidungsprozesse zu verbessern und die gewonnenen Erkenntnisse technologische Anwendungen umzusetzen. Für die Verbesserung der Verfahrenstechniken spielt auch die Entwicklung leistungsfähiger Breitbandstrahlquellen eine wichtige Rolle. in ..." Die genannte "zweite Gruppe von Arbeiten" betraf die Abteilungen Ionenstrahltechnik und Elektronen‐ strahltechnik der ZfI. Die dazugehörige Empfehlung bildete die Grundlage für die Gründung des IOM. Im Forschungskomplex Leipzig Permoserstraße waren von der Auflösung am 31.12.1991 in 4 Forschungseinrichtungen und eine Verwaltungs‐ und Dienstleistungseinrichtung betroffen (Abbildung 2): Zentralinstitut für Isotopen‐ und Strahlenforschung (700 Mitarbeiter*), Institut für Biotechnologie (80 Mitarbeiter), Arbeitsstelle für Toxikologie (80 Mitarbeiter), Versorgungs‐ und Dienstleistungseinrichtung (120 Mitarbeiter). (450 Mitarbeiter), Außenstelle des Zentralinstituts für organische Chemie Die knapp 1.500 Entlassenen hatten die Chance auf ca. 560 Festanstellungen und ca.340 befristete Stellen in den neuen Einrichtungen insbesondere das Umweltforschungszentrum auch zahlreiche externe Bewerber berücksichtigte, verringerten sich die Anstellungschancen der alten Mitarbeiter weiter. im Forschungskomplex Permoserstraße. Da Da für die Nichteinstellung keineswegs immer die Leistungen entscheidend waren, sondern auch fachliche „Forschungslücken“ im System der alten Bundesrepublik, einigungsbedingter Mehrbedarf auf Spezialgebieten, der altbundesdeutsche Proporz zwischen universitärer und außeruniversitärer Forschung, die Einstellungspraktiken einiger Institute und nicht zuletzt die Höhe der geplanten Mittel, sollten wir auch an die denken, deren Laufbahn ohne Verschulden jäh unterbrochen wurde. Dabei waren die fachlichen Einschätzungen der damaligen Evaluierungen durch Arbeitsgruppen des Wissenschaftsrates auch aus Sicht der großen Mehrheit der betroffenen Institute völlig in Ordnung, Widerspruch gab es allerdings bei den Empfehlungen zur „Überlebensgröße“. Die Unabhängigkeit der Kapazitätsempfehlungen vom „politischen Einsparungsauftrag“ wurde stark bezweifelt. In vielen Fällen waren die Diskrepanzen unübersehbar und – welch ein Zufall ‐ die Gesamtkapazitätsempfehlung entsprach (bei Normierung auf die Bevölkerungsanteile) am Ende ziemlich genau der Kapazität der außeruniversitären Forschung auf dem Gebiet der alten Bundesrepublik. Nach Auskunft des Arbeitsamtes Leipzig waren im März 1992 im Amtsbezirk Leipzig ca. 1.700 Ingenieure, Physiker, Chemiker und Mathematiker sowie ca. 800 Techniker und technische Sonderfachkräfte C. Bundesmann, Zur Geschichte der Entwicklung und Anwendung …

1.2 Politische Wende und Auflösung der Akademieinstitute arbeitslos. Gleichzeitig fiel aber bereits die Industrieforschung im Osten durch Betriebsschließungen weit unter das Westniveau. Alle Vorschläge aus dem Osten, das FuE‐Potential durch Zwischenlösungen zu erhalten, blieben ungehört. Das Wort „Logik“ stand im Duden schon damals hinter dem Wort „Lobby“. 21 Abbildung 6: Bescheinigung über die drohende Arbeitslosigkeit aufgrund der Auflösung des ZfI (links). Abschiedsschreiben der Institutsleitung anlässlich der Auflösung (rechts). Quelle: A. Mill (IOM) Schon in den 70er Jahren hatten die Abteilungen Ionenstrahltechnik und Elektronenstrahltechnik eine Synthese zwischen angewandter Grundlagenforschung und der Umsetzung von Ergebnissen in industrielle Verfahren und benötigte Anlagen angestrebt. Bis zur Forschungsverordnung 1985/86 gab es teilweise erheblichen Widerstand der übergeordneten Bereichsleiter gegen die angeblich zu große Industrienähe und die Abweichungen vom Institutsprofil der 50er und 60er Jahre. Dem damaligen Direktor des ZfI, Prof. Wetzel, war es zu verdanken, dass insbesondere auf dem Gebiet Ionenstrahltechnik die Arbeiten fortgeführt werden konnten. Die praktizierte Kombination von Forschung mit Verfahrens‐ und Anlagenentwicklung hatte nach der Wende folgende Vorteile: o Die sehr gute Bewertung durch den Wissenschaftsrat führte zur einzigen Neugründung eines selbständigen Instituts aus dem ZfI‐Bestand, o die personelle Kapazität wurde nicht beschnitten, sondern sogar erhöht, und o die zahlreichen Vorwende‐Industrieverbindungen erleichterten die Findung neuer Partner wesentlich. … von Breitstrahlionenquellen in Leipzig

22 Bereits 1990 wurde ein Angebotskatalog erstellt und verschickt. Ausfälle durch auslaufende oder nach der Währungsunion aus finanziellen Gründen gekündigte Verträge (VEB Werk für Fernsehelektronik, VEB Zentrum Mikroelektronik Dresden, VEB Hochvakuum Dresden, VEB Carl Zeiss Jena u.a.) konnten nach der Neugründung relativ schnell durch neue Verträge mit Nachfolgeeinrichtungen oder neuen Partnern aus den alten Bundesländern ersetzt werden (Beispiel: Betriebe von Carl‐Zeiss in Oberkochen und Jena). 1 Zur Geschichte 1.3 Neuanfang ‐ Gründung des IOM (1992) Zur Umsetzung der Empfehlung des Wissenschaftsrates wurde im Laufe des Jahres 1991 ein Gründungskomitee unter Vorsitz von Prof. Klaus Bethge (Johann‐Wolfgang‐Goethe‐Universität Frankfurt/Main) gebildet. Diskutiert wurden die Rechtsform (e.V. oder GmbH), der Status des Instituts (Institut der Blauen Liste, eigenständiges Fraunhofer‐Institut oder Angliederung an ein bestehendes Fraunhofer‐Institut) und der Institutsname (Institut für nichtthermische Stoffwandlung oder Institut für Oberflächenmodifizierung) [ZfI91]. Man einigte sich schließlich auf das Institut für Oberflächen‐ modifizierung e.V. (IOM) als Institut der Blauen Liste. Abbildung 7: Titelseite des Protokolls der 2. Sitzung des Gründungskomitees des IOM vom 2.11.91. Quelle: F. Bigl, A. Schindler (ZfI/IOM). C. Bundesmann, Zur Geschichte der Entwicklung und Anwendung …

1.3 Neuanfang ‐ Gründung des IOM (1992) Im Oktober 1991 schrieb das Sächsische Staatsministerium für Wissenschaft und Kunst insgesamt 60 Stellen für das Institut für nichtthermische Stoffwandlung aus, davon 48 Stellen zur Festanstellung und 12 Stellen auf maximal 5 Jahre befristet. Auf diese Stellen gab es insgesamt 165 Bewerbungen [ZfI91]. 23 Für die Besetzung der Stellen galten folgende Grundsätze (Auszug) [BMFT91]: 1 Von den Empfehlungen des Wissenschaftsrates soll nur in besonders zu begründenden Ausnahmefällen abgewichen werden 2 Empfohlene Personalzahlen versteht der WTR überwiegend als Personal aus den neuen Ländern und Berlin‐Ost, das in den neuen Einrichtungen weitergeführt werden soll. 3 Die Stellen für Leitungspositionen sind intern und extern auszuschreiben. Dem bisherigen Leitungspersonal steht eine Bewerbung frei. Bei gleicher persönlicher Eignung und Qualifikation sollen sie bevorzugt berücksichtigt werden. 4 Bis zur Berufung des neuen Leiters kann ein kommissarischer Leiter (Gründungdirektor) bestellt werden. … Am 01.01.1992 wurde das IOM gegründet. Gründungsdirektor des IOM war Prof. Bigl. Auf die Ausschreibung für die Stelle des Institutsdirektors in Kombination mit der Berufung zum Professor an der Universität Leipzig gab es insgesamt neun Bewerbungen. Am Ende des Berufungsverfahrens wurde 1994 Prof. Bigl zum ersten Institutsdirektor des IOM bestellt. Laut §1 (2) der Satzung ist die Aufgabe des Instituts wie folgt definiert: "Das IOM hat die Aufgabe, im Interesse der Allgemeinheit anwendungsorientierte Grundlagenforschung auf dem Gebiet der nichtthermischen Stoffwandlung sowie apparative und verfahrenstechnische Entwicklungen zur Elektronen‐ und Ionenstrahltechnik mit dem Ziel der in anwendungsbereite Verfahren und Produkte für Einrichtungen der öffentlichen Hand und Unternehmen der Wirtschaft zu betreiben und zu fördern." technologischen Umsetzung von Ergebnissen und deren Übertragung Das neu gegründete Institut gliederte sich in die Abteilung Ionenstrahltechnik (IST) unter Leitung von Prof. Bigl und in die Abteilung Elektronenstrahltechnik (EST) unter Leitung von Prof. Mehnert (Abbildung 8). Die beiden Abteilungen waren jeweils in Arbeitsgruppen unterteilt, deren Hauptarbeitsgebiet geräte‐ technische Entwicklungen oder anwendungsorientierte Themen waren. Gerade diese Komplementarität von Verfahren und Anwendungen und die damit verbundene interdisziplinäre Zusammenarbeit gab (und gibt) dem IOM eine unikale Stellung, da keine Universität, kein anderes Forschungsinstitut und kein Unternehmen die Bandbreite von den Grundlagen über die Werkzeug‐ und Prozessentwicklung bis zur Anwendung auf den genannten Gebieten bedienen kann. Die genannten, nüchternen Fakten sagen nichts darüber aus, welche immensen Anstrengungen von Seiten der Verantwortlichen am ZfI unternommen werden mussten, um die Zukunft ‐ wenigstens eines Teils ‐ der MitarbeiterInnen des ZfI und deren Forschungspotential zu sichern. Unzählige Sitzungen und Vorträge in verschiedenen Gremien folgten, Werbung bei Verbänden und Industrieunternehmen mussten … von Breitstrahlionenquellen in Leipzig

24 gemacht werden, und ‐ nicht zu vergessen ‐ der "Hühnerhaufen" am ZfI musste zusammengehalten und die Aktivitäten in konstruktive Bahnen gelenkt werden. 1 Zur Geschichte Abbildung 8: Organisationsstruktur des IOM nach dessen Gründung [IOM94]. Quelle: IOM, Tätigkeitsbericht 1992/93, Leipzig, 1994. Rückblickend erinnerte sich Prof. Bigl an die Zeit des Umbruchs und die Anfangsjahre des IOM wie folgt [Bigl02]: "Den zwei überwiegend unerfreulichen und undankbaren Jahren der ZfI‐Auflösung … folgten die aufregendsten und schönsten Jahre meiner 40‐jährigen Tätigkeit im Forschungsgelände Permoserstraße 15. Ich durfte mitwirken beim Aufbau eines neuen Instituts, das bereits am ZfI gereifte Ideen, Methoden und Verfahren als Startkapital nutzte und … erfolgreich weiterentwickelte." C. Bundesmann, Zur Geschichte der Entwicklung und Anwendung …

1.4 Literaturverzeichnis 1.4 Literaturverzeichnis [Baum90] 25 J. I. Baumbach, A. Schindler, Kurzinformation Zentralinstitut für Isotopen‐ und Strahlenforschung, Leipzig, 1990. [Bigl02] F. Bigl, Forschung nach der Wende, Journal der WGL, 01/2002, Seiten 6‐8. [BMFT90] [BMFT91] [GBl72] [GBl86] [GBl90a] [GBl90b] Bundesministerium für Forschung und Technologie (BMFT), Weichenstellung für eine künftige gesamtdeutsche Forschungslandschaft, Pressemitteilung, 03.07.90. Bundesministerium für Forschung und Technologie (BMFT), Handreichung zur Umsetzung der WR‐ Empfehlungen für die Institute der ehemaligen AdW, 16.07.1991. Verordnung über die Leitung, Planung und Finanzierung der Forschung an der Akademie der Wissenschaften der DDR und an Universitäten und Hochschulen, Gesetzblatt der DDR, 1972, Teil II, Nr. 53, Seiten 589‐594 (Ausgabedatum 16. September 1972). Verordnung über die Leitung, Planung und Finanzierung der Forschung an der Akademie der Wissenschaften der DDR und an Universitäten und Hochschulen, insbesondere der Forschungskooperation mit den Kombinaten – Forschungsverordnung ‐, Gesetzblatt der DDR, 1986, Teil I, Nr. 2, Seiten 12‐20 (Ausgabedatum: 16. Januar 1986). Verordnung über die Akademie der Wissenschaften der DDR, Gesetzblatt der DDR, 1990, Teil I, Nr. 39, Seite 543 (Ausgabedatum: 9. Juli 1990). Gesetz zum Vertrag der Deutschen Demokratischen Republik und der Bundesrepublik Deutschland über die Herstellung der Einheit Deutschlands – Einigungsvertrag – vom 31. August 1990 (Verfassungsgesetz), Artikel 38 ‐ Wissenschaft und Forschung ‐, Gesetzblatt der DDR, 1990, Teil I, Nr. 64, Seiten 1642‐1643 (Ausgabedatum: 28. September 1990). [Glae96] J. Gläser, W. Meske, Anwendungsorientierung von Grundlagenforschung? Erfahrungen der AdW der DDR, Campus Verlag, Frankfurt am Main, 1996. [IOM94] IOM, Tätigkeitsbericht 1992/93, Leipzig, 1994. [Mayn94] [MPräs90] [UFZ01] [WR92] [ZfI90] [ZfI91] R. Mayntz, Deutsche Forschung Wissenschaften der DDR 1989 bis 1992, Campus Verlag, Frankfurt am Main, 1994. im Einigungsprozeß: Die Transformation der Akademie der K. Reichenbach, Minister im Amt des Ministerpräsidenten, Beschluß über die weitere Tätigkeit der Akademie der Wissenschaften der DDR, Vorlage, 25. Juni 1990 UFZ, Zur Geschichte eines Industrie‐ und Wissenschaftsstandorts, Passage‐Verlag Leipzig, 2001. Wissenschaftsrat, Stellungnahmen zu den außeruniversitären Forschungseinrichtungen der ehemaligen Akademie der Wissenschaften der DDR auf dem Gebiet der Physik, 1992. ZfI, Angebotskatalog: Forschungs‐ und Dienstleistungen, Kooperation, Leipzig, 1990. Protokoll der zweiten Sitzung des Gründungskomitees "Institut für nichtthermische Stoffwandlung Leipzig" (Arbeitstitel), am 2.11.91 … von Breitstrahlionenquellen in Leipzig

2 Arbeiten an den Akademieinstituten 2.1 Übersicht und Vorarbeiten Die Ursprünge der Arbeiten zur Entwicklung und Anwendung von Ionenstrahlquellen liegen im Institut für stabile Isotope (ISI) in den Abteilungen Massenspektrometrie und Elektromagnetische Isotopentrennung. Die Arbeiten in der letztgenannten Abteilung, die später in Abteilung Ionenstrahltechnik umbenannt wurde, umfassten in chronologischer Reihenfolge die folgenden 3 Themengebiete [Bigl81]: (1) Elektromagnetische Isotopentrennung, (2) Ionenimplantation in Halbleiter, (3) Oberflächenmodifizierung mit Ionenstrahlen, Laserstrahlen und Plasmajets. Die Arbeiten zum ersten Thema waren eng mit dem Namen des Gründungsdirektors des Instituts für stabile Isotope (ursprünglich Institut für physikalische Stofftrennung), Prof. Justus Mühlenpfordt, verbunden und wurden bis 1967 von Prof. Timpl und danach von Dr. Bigl geleitet. 2.1.1 Elektromagnetische Isotopentrennung Die Arbeiten zur elektromagnetischen Isotopentrennung nutzten zwei Massentrenner (Abbildung 9), die unter Leitung von Prof. Manfred von Ardenne nach dessen Rückkehr aus der Sowjetunion (1955) in seinem privaten Forschungsinstitut in Dresden und dem VEB Vakutronik Dresden entwickelt und gebaut worden waren. Anwendungen waren zum Beispiel die Anreicherung folgender Isotope [Bigl81]: o o o Isotope 25Mg und 26Mg für die Untersuchung der Stoffwechselleistung des Zentral‐Nervensystems (Institut für Hirnforschung der Karl‐Marx‐Universität (KMU) Leipzig, Abbildung 9), 54Fe für die Magnettonforschung (VEB Filmfabrik Wolfen), 57Fe für Untersuchungen des Eisenstoffwechsels von Haustieren (Veterinär‐physiologisches Institut der KMU) … von Breitstrahlionenquellen in Leipzig

28 2 Arbeiten an den Akademieinstituten o Cd‐Isotope für die Lampenherstellung (Institut für angewandte Optik der Friedrich‐Schiller‐ Universität Jena (FSU)). Abbildung 9: Die elektromagnetischen Massentrenner am ISI/ZfI (links). Isotopenaufspaltung eines Magnesium‐Ionenstrahls im Massentrenner (rechts). Quelle: F. Bigl, B. Faust (ZfI/IOM) Da Ende der 1960er Jahre der Markt an angereicherten stabilen Isotopen verschiedenster Elemente durch die riesigen Trennanlagenkomplexe aus dem Atombombenprogramm in den USA (z.B. Oak Ridge National Laboratory) und der UdSSR (z.B. Kurtschatow‐Institut Moskau) gesättigt war, wurden die Arbeiten am ISI/ZfI 1970 eingestellt. Gleichzeitig wurde in der Halbleiterindustrie für den Einsatz von Ionenstrahlen zur Halbleiterdotierung durch Ionenimplantation geworben. 2.1.2 Ionenimplantation in Halbleiter Die ersten Experimente zur Ionenimplantation wurden Ende der 1960er Jahre mit einem der beiden vorhandenen Massentrenner durchgeführt. Da dieser aber aufgrund der relativ hohen Stromdichten für die geplante Aufgabe ungeeignet war, wurde 1972 eine Implantationsanlage ILU‐4 (Abbildung 10) aus dem damaligen Leningrad importiert [Gus69,Rich76]. Die Anlage wurde einige Jahre für Anwendungs‐ aufgaben vor allem im Auftrag des Industriepartners VEB Werk für Fernsehelektronik Berlin (WF) eingesetzt. Abbildung 10: Ionenimplantationsanlage ILU‐4 am ZfI (links). Originalskizze des Schaltpults der ILU‐4 aus Dr. Bernd Fausts Kladde von 1972 (rechts). Quelle: B. Faust (ZfI/IOM). C. Bundesmann, Zur Geschichte der Entwicklung und Anwendung …

2.1 Übersicht und Vorarbeiten Anfang der 1970er Jahre konnte das WF eine Implantationsanlage aus Frankreich importieren und war damit dem Institut technisch überlegen. Außerdem gab es damals in der DDR mehrere andere Gruppen, die mit Hochspannungs‐Beschleunigern Grundlagenforschung zur Wechselwirkung leichter Ionen mit Festkörperoberflächen betrieben (FSU Jena, KMU Leipzig, ZfK Rossendorf). Es war deshalb erneut eine Umorientierung erforderlich. 29 2.1.3 Oberflächenmodifizierung mit Ionenstrahlen, Laserstrahlen und Plasmajets Entwicklungstendenzen in den Bereichen Mikroelektronik (Probleme bei der Strukturverkleinerung in den Submikrometerbereich) und der Hochleistungsoptik ‐planarisierung, Asphärenformgebung u.a.) legten Überlegungen nahe, Ionen als ultrafeinen „Sand“ zum Materialabtrag zu nutzen. Dazu waren gut steuerbare, großflächige Ionenstrahlquellen mit relativ hoher Stromdichte bei niedrigen Ionenenergien erforderlich, sogenannte „Breitstrahlionenquellen“. (Oberflächenglättung und Im ZfI gab es zahlreiche Erfahrungen auf dem Gebiet der Entwicklung und Modifizierung von Ionenquellen. Allerdings waren Bauart und Strahlparameter der im Folgenden kurz dargestellten Quellen für die geplanten Anwendungen nicht geeignet. In der Abteilung Massenspektrometrie waren Mitarbeiter an zwei Ionenquellenentwicklungen beteiligt: o HF‐Magnetron‐Glimmentladungsionenquelle: In der von H.‐J. Dietze und S. Becker entwickelten Ionenquelle (Abbildung 11, [Sap96P]) für die Feststoffanalyse musste der Feststoff nicht mehr verdampft und der Dampf anschließend ionisiert werden, sondern das Material wurde durch Ar‐ Ionen aus einer HF‐Entladung zerstäubt und in der Entladung selbst ionisiert. Abbildung 11: Querschnitt der Glimmentladungsionisation [Sap96P]. Copyright: Deutsches Patent‐ und Markenamt (DPMA). Ionenquelle zur Hochfrequenz‐betriebenen Magnetron‐ … von Breitstrahlionenquellen in Leipzig

30 2 Arbeiten an den Akademieinstituten o Spaltfreie Ionenquelle für Massenspektrometer: Der Deuteriumgehalt in natürlichen Wässern gestattet Aussagen zu ihrer Vorgeschichte, speziell ihrer Herkunft. Zur Bestimmung der D‐ Konzentration wird in der Massenspektrometrie das Verhältnis der Häufigkeiten der in der + (Masse 2) genutzt. Dampfphase durch Elektronenstoß erzeugten Ionen D+ (Masse 3) zu H2 Masse 3 wird aber auch von H3 +‐Ionen belegt, deren Häufigkeit vom Gasdruck in der Ionenquelle abhängt und die massenspektrometrische Deuterium‐Bestimmung im Bereich natürlicher Konzentrationen erschwert. Deshalb wurde eine Mini‐Ionenquelle und ein kleines Sektorfeld‐ Massenspektrometer (Abbildung 12, [Bigl66D,Bigl68b]) entwickelt, in dem nicht wie üblich der Ionenaustrittsspalt der Quelle auf den Kollektoren abgebildet wurde, sondern das Gebiet um den ionisierenden Elektronenstrahl. Die offene Bauweise der Quelle gestattete das Arbeiten bei +‐Ionen und wesentlich niedrigerem Druck und dadurch eine starke Verringerung der störenden H3 kürzere Messzeiten. „Das Gerät "tat einige Jahre gute Dienste, hatte aber später gegen hochauflösende Massenspektrometer und neue optische Analysemethoden keine Chance" (F. Bigl). Abbildung 12: Skizze (links, [Bigl68b]) und Foto (rechts, [Bigl66D]) der spaltfreien Ionenquelle für ein Massenspektrometer. Quelle: F. Bigl, Isotopenpraxis 4 (1968) 104‐109; Dissertation, KMU Leipzig, 1966. Erfahrungen wurden auch durch zahlreiche Modifizierungen und Experimente an der Unoplasmatron‐ Ionenstrahlquelle eines Massentrenners gesammelt (Abbildung 13, [Wink69D]). So wurde z.B. die gesamte Steuerung optimiert und das Verdampfungssystem so verändert, dass der Dampfdruck über mehr als 24 Stunden konstant blieb. Dadurch war ein aufsichtsloser Nachtbetrieb möglich. Durch Zugabe von Edelgasen oder Stickstoff wurde – leider vergeblich – versucht, die Ausbeute an Ionen des verdampften Materials signifikant zu erhöhen. Für die erforderliche großflächige und schonende Behandlung von Oberflächen waren die Strahlparameter (Ionenenergie 30 keV, Ionenstrom von bis zu 100 mA am Kollektor) aber völlig ungeeignet C. Bundesmann, Zur Geschichte der Entwicklung und Anwendung …

2.2 Ionenstrahlquelle KQ 4 31 Abbildung 13: Skizze der Unoplasmatron‐Quelle [Wink69D]. Quelle: H. Winkler, Dissertation A, KMU Leipzig, 1969. 2.2 Ionenstrahlquelle KQ 4 Die Erkenntnisse der Vorarbeiten waren sehr hilfreich für die spätere Entwicklung der ersten Breitstrahlionenquelle. Als Vorlage für die erste Ionenstrahlquelle diente eine Strichzeichnung aus einer Arbeit von H. R. Kaufman (NASA, Lewis Research Center, USA), dem "Vater" der Ionenstrahlquellen vom Kaufman‐Typ. Auch sonst verliefen die frühen Arbeiten alles andere als reibungslos. Es fehlte an Material und Teilen, zum Beispiel an geeigneten Vakuumdurchführungen, keramischen Trägerplatten oder Isolatoren. Die ersten Gitter wurden aus Mo hergestellt. Erst später war es möglich, Graphitteile in der Institutswerkstatt und in der kleinen Abteilungswerkstatt herzustellen. Zur Verdichtung der Graphitoberflächen musste auch ein eigener Hochtemperatur–Pyrolyseofen aufgebaut werden. … von Breitstrahlionenquellen in Leipzig

32 2 Arbeiten an den Akademieinstituten Abbildung 14: Rückseite der Ionenstrahlquelle KQ 4 (links) und Quellenteststand (rechts). Quelle: F. Bigl, B. Faust (ZfI/IOM) private Mitteilung Umso erstaunlicher ist das Ergebnis, die Breitstrahlionenquelle KQ 4 (Kaufman‐Quelle mit 4 cm Strahldurchmesser, Abbildung 14), deren wichtigste Betriebsparameter wie folgt waren: o o Ionenenergie: 0,3 keV – 3 keV Ionenstromdichte: max. 1 mA/cm2 o Strahldurchmesser: 50 mm o Prozessgas: Ar Die ersten Anwendungen waren Probenreinigung und Ionenstrahlätzen mit Edelgasionen für die Tiefenprofilanalyse von Halbleiterheterostrukturen. 2.3 Schrägschliff und Tiefenprofilanalyse Die Arbeiten zur Tiefenprofilanalyse von Halbleiterheterostrukturen wurden anfangs vor allem mit Kollegen der KMU Leipzig durchgeführt. Für die Mikroelektronik und Optoelektronik wurden damals Heterostrukturen mit Einzelschichtdicken von weniger als 100 nm entwickelt, deren Charakterisierung essenziell, aber technisch eine große Herausforderung war. Um die tiefenaufgelöste Charakterisierung zu ermöglichen, wurden in der Abteilung Ionenstrahltechnik zwei Verfahren entwickelt. Die erste Variante verwendet die Ionenstrahlquelle zum schrittweisen Abtrag der Schicht und sukzessiver Messung der Probe, zum Beispiel mit Hilfe eines in‐situ Photolumineszenzmessplatzes [Schi76,Schi77]. C. Bundesmann, Zur Geschichte der Entwicklung und Anwendung …

2.3 Schrägschliff und Tiefenprofilanalyse Abbildung 15: (a) Schematische Darstellung der Erzeugung von Schrägschliffen mittels Ionenstrahlätzen. (b) Defekttiefenverteilung an Ar‐ionenstrahlgeätzten (100)‐GaAs‐Oberflächen gemessen mittels 64Cu‐Adsorption und Autoradiographie an Ionenstrahlschrägschliffen. Quelle: A. Schindler, Dissertation B, AdW, Berlin, 1990. 33 Die zweite Variante basierte auf der Erzeugung von Schrägschliffen (Abbildung 15 (a), minimaler Neigungswinkel 0,0005°, [Bigl78a,Bard78P,Bigl79a,Bigl79b]), in dem die Probe vor einer Ionenstrahlquelle linear verfahren wurde. Mit Hilfe einer Blende zwischen Probe und Quelle wurde erreicht, dass die Probenbereiche unterschiedlich lange bestrahlt und geätzt wurden. Dadurch konnten die Schichten lateral auf ein Vielfaches ihrer Dicke gestreckt werden, sodass mit Hilfe von oberflächensensitiven Messverfahren mit moderater lateraler Auflösung von ca. 100 μm und Linienscan entlang des Schliffprofils die Probeneigenschaften tiefenaufgelöst bestimmt werden konnten. In Kooperation mit den Kollegen Dr. J. Flachowski, Dr. K. Freyer und Dr. H. Treutler der Nachbarabteilung Autoradiographie des ZfI wurde die oberflächensensitive Charakterisierungsmethode der 64Cu‐Adsorption mit anschließender Autoradiographie entwickelt [Bigl79b,Bigl79P1]. Dies erlaubte die Defektprofilanalyse der durch den Ionenbeschuss beim Ionenstrahlätzen erzeugten Kristallgitterschädigung. Abbildung 15 (b) zeigt die Messung der Defektprofile an Ar‐ionenstrahlgeätzten (100)‐GaAs‐Oberflächen bei verschiedenen Ionenenergien. Im Vergleich zu sehr aufwendigen RBS‐Messungen, besitzt die relativ einfache 64Cu‐ Methode kombiniert mit dem Schrägschliff insbesondere bei geringen Defektkonzentrationen eine wesentlich höhere Nachweisempfindlichkeit. Die erfolgreiche innovative Entwicklung wurde mehrmals ausgezeichnet. Der Schrägschliff zur Tiefenprofilanalyse wurde sehr intensiv mit Kollegen der KMU Leipzig bis Anfang der 1990er Jahre fortgeführt und im Rahmen des Neuererwesens an Industriepartner "vermarktet". Es gab auch Kooperationen mit sowjetischen Kollegen der Weißrussischen Staatlichen Universität Minsk [Bigl88]. … von Breitstrahlionenquellen in Leipzig

34 2 Arbeiten an den Akademieinstituten 2.4 Exkurs: Material‐ und Gerätebeschaffung Die Materialbeschaffung in der DDR war immer ein großes Problem. Viele Ressourcen waren knapp oder unterlagen Restriktionen. Des Weiteren waren spezielle Geräte nur im Ausland verfügbar, was die Beschaffung weiter erschwerte. Die Beschaffung von Geräten aus dem westlichen Ausland, dem sogenannten nicht‐sozialistischen Wirtschaftsraum (NSW), bedurfte zum Beispiel harter Devisen, die nur sehr begrenzt zur Verfügung standen. Deshalb mussten diese Geräte mit einer ausführlichen Begründung beantragt werden. Von besonderer Bedeutung war zum Beispiel die geplante Auslastung ‐ möglichst 7 Tage in der Woche und 24 Stunden pro Tag. Aber auch die Beschaffung von Geräten im sozialistischen Ausland (SW) unterlag Einschränkungen, da auch dort die Ressourcen knapp waren. Deshalb wurde in den jährlichen Beschaffungslisten (Abbildung 16) unterschieden zwischen Geräten aus DDR‐Produktion, dem SW oder dem NSW. der Abbildung 16: Beschaffungs‐ antrag Abteilung Ionenstrahltechnik des ZfI für das Jahr 1976. Quelle: F. Bigl, A. Schindler (ZfI/IOM), persönliche Mitteilung. C. Bundesmann, Zur Geschichte der Entwicklung und Anwendung …

2.5 Strukturierung Ein kleines Beispiel für die Schwierigkeiten bei der Materialbeschaffung erzählt der Lieferschein in Abbildung 17. Es handelt sich dabei um ein Ta‐Target, dass 1978 an das ZfI geliefert wurde (und immer noch am IOM verwendet wird). Dr. Bernd Faust merkte dazu an, dass das Target nur ans ZfI kommen konnte, "weil es gute Hilfe aus dem Mansfeld‐Kombinat und aus Freiberg gab." Die dortigen "Führungskader waren [Dr. Fausts] Studienkollegen". Es stellt "ein gewaltiges Stück DDR‐Geschichte" dar und "lag früher nur bei Frieder Bigl im Stahlschrank". 35 Abbildung 17: Lieferschein mit Eingangsstempel für ein Ta‐ Target, das 1978 vom VEB Mansfeld Kombinat Wilhelm Pieck an das ZfI geliefert wurde. Foto: J. Gerlach (IOM). 2.5 Strukturierung Eine neue und über viele Jahre betriebene Anwendung ergab sich Mitte der 1970er Jahre: die Strukturierung von Halbleiterbauelementen für die Mikroelektronik. Bekanntlich besagt das 1965 postulierte Mooresche Gesetz, dass sich die Anzahl der Transistoren eines integrierten Schaltkreises etwa alle zwei Jahre verdoppelt. Daraus leitet sich direkt ab, dass die Strukturgrößen immer kleiner werden müssen. Mitte der 1970er Jahr waren typische Strukturgrößen in der Größenordnung von einigen µm. Aus dem Mooreschen Gesetz ließ sich aber extrapolieren, dass die Strukturgrößen im Laufe der 1980er Jahre unter 1 µm sinken und in den 1990er Jahren nur noch einige wenige 100 nm betragen würden. Der bis dahin verwendete Strukturübertrag mittels nasschemischer Verfahren erwies sich hierfür als ungeeignet und neue Verfahren waren notwendig. Als geeignete Kandidaten boten sich ionenbasierte Verfahren an: das Ionenätzen (IE, englisch "ion etching") oder das Ionenstrahlätzen (IBE, englisch "ion beam etching"‘). In der Abteilung Ionenstrahltechnik wurden hierfür zwei Verfahren weiterentwickelt: o das reaktive Ionenstrahlätzen (RIBE, englisch "reactive ion beam etching") und o das chemisch unterstützte Ionenstrahlätzen (CAIBE, englisch "chemically assisted ion beam etching"). … von Breitstrahlionenquellen in Leipzig

36 2 Arbeiten an den Akademieinstituten 2.5.1 Reaktives Ionenstrahlätzen (RIBE) RIBE basiert auf der Verwendung von reaktiven Gas, sodass der Ionenstrahl – im Vergleich zum physikalischen Ätzen mit Edelgasen (englisch "sputtering") ‐ zusätzlich chemisch aktive Komponenten enthält [Helm79Pa,Heml79b,Hekm79c,Helm79P1,Helm79P2,Helm80,Ring83,Ring85,Faus86D,Bigl86, Bigl87,Ring89,Ring89D,Schi90D]. Das Verfahren vereint somit die hohe Anisotropie des Ionenstrahlätzens, das heißt den gerichteten Materialabtrag, mit dem zusätzlichen chemischen Ätzabtrag. Das führt sowohl zu höheren Raten und ‐ über die Wahl der Ätzgasspezies ‐ zu einer über einen weiten Bereich variierbaren Selektivität (Abbildung 19). Das heißt, die Ätzraten von zwei verschiedenen Materialien, z. B. Lackmaske und SiO2, lassen sich anwendungsbezogen wählbar in praxisrelevanten Grenzen gezielt einstellen. Erwähnenswert in diesem Zusammenhang ist, dass die Abteilung Ionenstrahltechnik eine der ersten Gruppen weltweit war, die reaktive Gasen zum Ionenstrahlätzen nutzten. Grundvoraussetzung für die Anwendung des Ionenstrahlätzens ist es, deren grundlegende Mechanismen zu verstehen. Dazu ist es zuallererst notwendig, die Ätzraten der zu bearbeitenden Materialien in Abhängigkeit von den Prozessparametern (Ätzgaszusammensetzung, Ionenenergie, Ioneneinfallswinkel, Stromdichte) zu bestimmen. Dazu diente in der Anfangszeit die in Abbildung 18 skizzierte Laboranlage. Abbildung 18: Prinzipskizze einer Laboranlage zum reaktiven Ionenstrahlätzen [Helm79b,Helm79c]. Quelle: W. Helmstreit und F. Bigl, Symp. Phys. Grundlagen zu Bauelementetechnologien der Mikroelektronik, Frankfurt/Oder, 1979, Band 1, 175‐185. Die Untersuchungen wurden am ZfI für eine große Palette an Materialien durchgeführt. Beispiele sind (Abbildung 19 und Abbildung 20): o Halbleiter: Si, Ge, GaAs, GaP, GaAsyP1‐y, InAs, InP, GaxIn1‐xAsyP1‐y; o Metalle: Al, Ti, Mo, Au, Ta, Cu, Cr, Ni, W; o Dielektrika: SiO2, Al2O3, CaF2, Si3N4, ZnSe; o Sonstige: Fotolacke (zum Beispiel: AZ 1350H), PMMA, LiNbO2. C. Bundesmann, Zur Geschichte der Entwicklung und Anwendung …

2.5 Strukturierung Als Ätzgase kamen zum Beispiel folgende Edelgase und reaktive Gase sowie Gemische aus diesen Gasen zum Einsatz: 37 o Edelgase: Ar, Ne, Kr; o Reaktivgase: O2, N2, NO2, Cl2, CCl4, CHF3, CF4, C2F6, C3F8, SF6. Abbildung 19: Beispiele für experimentell bestimmte Ätzgeschwindigkeiten (V) und Selektivitäten (S) für das reaktive Ionenstrahlätzen [Helm79a,Helm79c]. Quelle: W. Helmstreit und F. Bigl, Symp. Phys. Grundlagen zu Bauelementetechnologien der Mikroelektronik, 1979, Band 1, 175‐185. Abbildung 20: Beispiele für experimentell bestimmte Ätzraten verschiedener Halbleitermaterialien in Abhängigkeit vom Ioneneinfallswinkel, Ionenenergie und Ätzgas [Helm79a]. Quelle: A. Schindler, Dissertation B, AdW, Berlin, 1990. … von Breitstrahlionenquellen in Leipzig

38 2 Arbeiten an den Akademieinstituten Abbildung 21: Schematische Darstellung des Aufbaus (links) und des Prinzips des CAIBE‐ Verfahrens (rechts) [Hirs88]. Quelle: D. Hirsch und D. Flamm, Physik der Halbleiteroberfläche 19 (1988) 15‐18. 2.5.2 Chemisch unterstütztes Ionenstrahlätzen (CAIBE) Im Gegensatz zu RIBE verwendet CAIBE einen Ionenstrahl aus Edelgasionen. Die reaktiven Komponenten werden mit Hilfe einer Gasdusche direkt auf das zu bearbeitende Werkstück geleitet (Abbildung 21). Der Vorteil von CAIBE im Vergleich zu RIBE besteht darin, dass aufgrund der starken Reduktion korrossiver, reaktiver Spezies in der Ionenstrahlquelle deren Betriebszeiten deutlich verlängert wird. Allerdings benötigt CAIBE Pumpen mit höherer Saugleistung, die zu der damaligen Zeit nur schwer zu beschaffen waren. 2.6 Anlage KTA und Ionenstrahlquelle BS 100 Ergebnis der RIBE/CAIBE‐Arbeiten waren fruchtbare Industriekooperationen, insbesondere mit dem VEB Hochvakuum Dresden (HVD) und dem VEB Werk für Fernsehelektronik Berlin (WF). Entsprechend der von Dr. Bigl allen Mitarbeitern durch sein eigenes zielgerichtetes Handeln vermittelten Philosophie der Umsetzung der F&E‐ Ergebnisse in industrienahe Anwendungen erfolgte konsequent die Entwicklung einer halbautomatischen Laboranlage KTA mit der Ionenstrahlquelle BS 100 (1977/78, Abschnitt 2.6) sowie ‐ in unmittelbarer Mitwirkung der Abteilung Ionenstrahltechnik des ZfI ‐ der vollautomatischen industriellen Produktionsanlage ISA 150 mit den Ionenstrahlquellen ISQ 76 und ISQ 150 (1983/84, Abschnitt 2.7) beim Auftraggeber HVD. Dem vorausgegangen war 1978 ‐ aufgrund der absehbaren neuen Anforderungen bezüglich der sich verringernden minimalen Strukturgrößen der Halbleiterbauelemente in der Mikroelektronik ‐ in der Abteilung Ionenstrahltechnik eine Studie mit dem Titel „Einsatzmöglichkeiten der Ionenstrahltechnik im Kombinat Mikroelektronik“, in der die Arbeitsvorhaben der Bauelemente‐Hersteller VEB Halbleiterwerk Frankfurt/Oder, Institut für Mikroelektronik Dresden, VEB Werk für Fernsehelektronik Berlin und VEB Funkwerk Erfurt und ‐ soweit machbar ‐ der internationale Trend analysiert wurden [Faus85D]. Darin wurde festgestellt, dass Mitte der 1980er Jahre eine industrielle, vollautomatische Ionenstrahl‐ C. Bundesmann, Zur Geschichte der Entwicklung und Anwendung …

40 2 Arbeiten an den Akademieinstituten Die neue Anlage sollte folgende Eigenschaften haben (Auswahl, [Faus85D]): o Bearbeitung von mehreren Substraten mit einem Durchmesser bis zu 4‘‘, o o rotierbarer und verkippbarer Substrathalter, temperierbarer Substrathalter, o hohe Homogenität über den gesamten Probendurchmesser, o sehr gute Reproduzierbarkeit der Ergebnisse, o Kompatibilität mit Beschichtungsverfahren: o Ionenstrahlzerstäuben (damals intern als "secondary ion deposition" bezeichnet), o Elektronenstrahlverdampfen, o Plasmatron‐Beschichtung. o Prozesskontrolle. Dies bedurfte weiterer Eigenentwicklungen und umfangreicher Untersuchungen. Die KTA inklusive aller Neuerungen musste sich – auch im internationalen Vergleich ‐ nicht verstecken und konnte mit dem Prädikat „Weltniveau“ versehen werden. Sie war – insbesondere aufgrund der Vielzahl von Bearbeitungsmöglichkeiten ‐ vergleichbaren NSW‐Anlagen, zum Beispiel von Commonwealth Scientific (UK), Technics (Japan) oder Veeco (USA), mindestens ebenbürtig [Faus85]. 2.6.1 Kleintechnische Anlage (KTA) Als Basis für die KTA diente eine Präzisionsbedampfungsanlage B 55.3‐3 (HVD). Das Innenleben wurde komplett überarbeitet und der Aufbau um zusätzliche Zwischenringe erweitert (Abbildung 23, [Faus85D]). Wie gefordert, konnte die KTA zur Ionenstrahlbearbeitung als auch zur Beschichtung verwendet werden. Für die Ionenstrahlbearbeitung wurde eine Ionenstrahlquelle BS 100 genutzt. Für die Beschichtung stand der ursprünglich in der B 55.3‐3 verbaute Elektronenstrahlverdampfer und zusätzlich eine Plasmatronquelle zur Verfügung. Außerdem konnte ein Target so in den Ionenstrahl positioniert werden, dass das abgetragene, zerstäubte Material zum Schichtwachstum genutzt werden konnte (IBSD, englisch "ion beam sputter deposition"). (i) über die Die KTA verfügte zusätzlich über zwei Möglichkeiten zur Prozesskontrolle: Schwingquarzmethode oder (ii) die massenspektrometrische Restgasanalyse [Faus85]. Weitere innovative Neuerungen in der KTA waren zum Beispiel ein spezieller, vakuumtauglicher Substrathalter, ein Verfahren zur Kühlung von Targets oder ein maßgeschneidertes Vakuumventil. Substrathalter Der Halter konnte bis zu fünf Proben mit einem Durchmesser von je 4‘‘ aufnehmen (Abbildung 23 und Abbildung 24) und diese automatisiert im Vakuum verfahren, verkippen und rotieren lassen [Bigl80P]. C. Bundesmann, Zur Geschichte der Entwicklung und Anwendung …

2.6 Anlage KTA und Ionenstrahlquelle BS 100 Folgende Bewegungsarten waren möglich: o Rotation der Targets in der Bearbeitungsposition, 41 o Rotation der Targets und der Aufnahme der Targets, sodass die Targets eine Zykloidenbahn beschreiben, o Rotation und Verkippung (Winkelbereich 0°‐90°) der Targets in der Bearbeitungsposition. Abbildung 23: Die KTA mit Bedienpult und Zwischenringen (oben), Elektronenstrahlverdampfer, Ionen‐ und Plasmatronquelle (unten links), Target‐ und Substrathalter (unten rechts). Quelle: F. Bigl, B. Faust (ZfI/IOM), private Mitteilung. Targetkühlung Die Targetkühlung verwendete ein hermetisch eingeschlossenes Schmelzgut als Kühlmittel [Neum81P], z.B. Wachse oder andere organische Gemische, reine Metalle oder eutektische Gemische, deren Schmelz‐ temperatur unterhalb der maximal zulässigen Bearbeitungstemperatur liegt. Die zum Schmelzen des Kühlmittels notwendige Schmelzwärme führte dazu, dass das Erhitzen des Targethalters verzögert wurde. Vakuumventil Das neu entwickelte Vakuumventil hatte die Aufgabe, die beiden Vakuumkammern für Substrathalter beziehungsweise Beschichtungsquellen voneinander zu trennen oder einzelne Bearbeitungspositionen freizugeben [Faus81P,Faus85D]. So war es zum Beispiel möglich, die Targets zu wechseln, ohne die Kammer mit den Beschichtungsquellen zu belüften. … von Breitstrahlionenquellen in Leipzig

42 2 Arbeiten an den Akademieinstituten Abbildung 24: Substrat‐ und Targethalter zur Positionierung und Rotation der Proben [Bigl80P]. Copyright: Deutsches Patent‐ und Markenamt (DPMA). Abbildung 25: Schematischer Aufbau der Ionenstrahlquelle BS 100 mit Messsonde (a) und Skizze zweier Polschuhanordnungen Funktion der Polschuhanordnung (c), des Prozessgases (d) und des Abstands (e) [Neum79,Bigl79P2]. Quelle: H. Neumann, et al., Symposium Physikalische Grundlagen zu Bauelementetechnologien der Mikro‐ elektronik, Frankfurt/Oder, 1979, Band 1, 186‐197. Strahlhomogenität als (b). Gemessene C. Bundesmann, Zur Geschichte der Entwicklung und Anwendung …

43 2.7 Ionenstrahlätzanlage ISA 150 und Ionenstrahlquellen ISQ 76/150 2.6.2 Ionenstrahlquelle BS 100 Aufgrund der geforderten Bearbeitung von Proben mit einem Durchmesser von bis zu 4‘‘, war eine komplette Neuentwicklung notwendig, die BS 100. Neben dem – im Vergleich zur KQ 4 ‐ größeren Strahl‐ durchmesser besaß sie auch einige sehr interessante Neuerungen, zum Beispiel eine Magnetplatte mit rotationssymmetrisch angeordneten Permanentmagneten (Polschuhanordnung), eine Zusatzanode im Entladungsraum, sowie ein ringförmiges elektro‐ oder permanentmagnetisches Zusatzsystem (Abbildung 25, [Neum79, Bigl79P2]). Dadurch war es möglich, die geforderte Strahlhomogenität auf dem gesamten Probendurchmesser zu erzielen. Die wichtigsten Leistungsparameter der BS 100 waren wie folgt: o o Ionenenergie: 0,2 keV – 1,5 keV Ionenstrom/‐dichte: max. 150 mA / max. 1,5 mA/cm2 o Strahldurchmesser: 100 mm o Strahlhomogenität: < 5% über gesamten Strahldurchmesser o Prozessgas: Edel‐ und Reaktivgase 2.7 Ionenstrahlätzanlage ISA 150 und Ionenstrahlquellen ISQ 76/150 Basierend auf den Erfahrungen mit der KTA wurde in den Jahren 1983/84 eine von Grund auf neue Ionen‐ strahlätzanlage mit der Zielvorgabe für den industriellen Einsatz entwickelt. Die Arbeiten wurden beim VEB Hochvakuum Dresden (HVD) in enger Kooperation mit der Abteilung Ionenstrahltechnik des ZfI realisiert. Zwei der Anlagen standen anschließend am ZfI und dienten sowohl Grundlagenarbeiten in Kooperation mit den Universitäten Leipzig, Jena und Greifswald, als auch der Lösung von Anwendungsproblemen (Strukturierung, Verteilungsanalytik, Oberflächenglättung und ‐formgebung). Hier waren das VEB Zentrum für Forschung und Technologie Mikroelektronik (ZFTM) im Kombinat Mikroelektronik und das Kombinat VEB Carl Zeiss Jena Partner des ZfI. 2.7.1 Ionenstrahlätzanlage ISA 150 Ähnlich der KTA war die ISA 150 zum Ionenstrahlätzen und Beschichten konzipiert. Da die Anlage indus‐ trietauglich sein sollte, gab es folgende grundlegende Änderungen und Verbesserungen (Abbildung 26): o rechnergesteuerter, vollautomatischer Betrieb, o kontinuierliche Einzelwaferbearbeitung von Probenkassette zu Probenkassette, o automatische Endpunktkontrolle, o programmierbare Variation des Einfallwinkels, o maximale Substratgröße von 6‘‘, o Reinraumtauglichkeit. … von Breitstrahlionenquellen in Leipzig

2.7 Ionenstrahlätzanlage ISA 150 und Ionenstrahlquellen ISQ 76/150 Genau wie die KTA kann auch der ISA 150 das Prädikat „Weltniveau“ zugestanden werden. Der Siegeszug um die Welt konnte aber aufgrund der politischen Umstände und der damit verbundenen Ausfuhrbeschränkungen nicht angetreten werden. Insgesamt wurden nur circa 10 Stück der ISA 150 gebaut. Zwei der Anlagen stehen noch heute am IOM und leisten – nach erforderlichen Modernisierungen (Vakuumpumpen, Rechnersteuerung) ‐ auch weiterhin gute Dienste in der Grundlagen‐ und Auftragsforschung. 45 Abbildung 27: Detailansicht mit Probenhandler (links) und Totalansicht (rechts) der ISA 150. Quelle: HVD, Ionenstrahlquellen ISQ 76 und ISQ 150, 1985. 2.7.2 Ionenstrahlquellen ISQ 76/150 Die beiden neuen Ionenstrahlquellen trugen die Bezeichnung ISQ 76 (alternativ auch ISQ 75, ZISQ 75 oder ZISQ 76) und ISQ 150 (ZISQ 150). Abbildung 28 zeigt Auszüge eines Prospekts der Firma HVD für die ISQ 76/150. Die wichtigsten Betriebsparameter sind wie folgt: o o Ionenenergie: 0,2 keV – 2,0 keV Ionenstromdichte: 0,1 mA/cm2 – 1,0 mA/cm2 o Strahldurchmesser: 76 mm / 150 mm o Strahlhomogenität: < ±5% über Strahldurchmesser o Prozessgas: Edel‐ und Reaktivgase Diese Quellen enthielten einige innovative Neuerungen (Abbildung 29): o Um thermische Spannungen auszugleichen, wurde das Gittersystem zur Ionenstrahlextraktion so umgestaltet, dass anstatt von Schraubverbindungen nun Steckverbindungen mit Druckringsystem zum Einsatz kamen (Abbildung 29, [Neum84P]). o Um den Kathodenwechsel zu vereinfachen, wurde auch deren Aufnahme überarbeitet. Wieder Steckverbindungen mit wurden Federelementen zwischen Kathodendraht und Kathodenträger verwendet. Spezielle Kontaktstifte stellten die Stromzuführung sicher (Abbildung 29, [Bigl84P]). Schraubverbindungen vermieden und stattdessen … von Breitstrahlionenquellen in Leipzig

48 2 Arbeiten an den Akademieinstituten Die Entwicklungen wurden auch schon damals durch Simulationen zur Optimierung des Ionenstrahls begleitet [Nick86]. Beispielhaft sollen hier die Berechnung des Potentialverlaufs im Extraktions‐ gittersystem der Ionenstrahlquelle, der Trajektorien und Parameter des Ionenstrahls genannt werden (Abbildung 30). Abbildung 31: Am IOM noch verfügbare Quellenkörper und Komponenten der ISQ 76. Foto: C. Bundesmann (IOM). 2.8 Exkurs: Literaturbeschaffung Neben der Materialbeschaffung war auch die Literaturbeschaffung in der DDR schwierig. Insbesondere der Zugriff auf westliche Bücher und Zeitschriften war eine Herausforderung, da für deren Beschaffung Devisen notwendig waren. Die wichtigsten Zeitschriften waren als Leseexemplare in der Bibliothek der Sektion Physik der KMU Leipzig verfügbar. Abbildung 32: Postkarte mit Bitte um Rücksendung eines Sonderdrucks. Quelle: A. Schindler (ZfI/IOM), private Mitteilung. C. Bundesmann, Zur Geschichte der Entwicklung und Anwendung …

2.9 Ultrapräzisionsbearbeitung und Strukturübertrag in der Optik Um ein persönliches Exemplar zu bekommen, schickten die DDR‐Wissenschaftler Anfragen mit der Bitte um Zusendung eines Sonderdrucks direkt an die westlichen Autoren (Abbildung 32). Die Anfragen waren fast immer erfolgreich. 49 Eine weitere Form der Literaturbeschaffung waren Kleinbildfilme oder Mikrofiche (Abbildung 33). Ganze Bücher auf meterlangen Filmen wurden so beschafft. Kleinbildfilme und Mikrofiche ließen sich mit Hilfe von speziellen Lesegeräten vergrößern und lesbar machen. Abbildung 33: Literatursammlung (links; Kleinbildfilme und Mikrofiche), Literaturdatenbank (rechts; Karteikarten) und Abbildungsarchiv (rechts oben, Dias). Quelle: A. Schindler (ZfI/IOM). 2.9 Ultrapräzisionsbearbeitung und Strukturübertrag in der Optik Mitte der 1980er Jahr erschloss sich ein neues Anwendungsgebiet: die Formgebung optischer Oberflächen [Schi90D]. Auslöser im ZfI waren die "Erkenntnisse" "sozialistischer Kundschafter des Friedens", wie offiziell die Spione der sozialistischen Länder bezeichnet wurden. Diese hatten in den USA Details eines umfangreichen staatlichen Hochtechnologie‐Förderprogramms im Rahmen der "Strategic Defence Initiative" (SDI) ermittelt. Ein Projekt war die Entwicklung von Satelliten‐basierten Hochleistungsspiegeln zur Umlenkung und Fokussierung von Boden‐basierten Hochleistungslaserstrahlen zum Abschuss feindlicher Atomraketen. Da die Spezifikationen zu Formgenauigkeit und Oberflächenrauheit dieser absolut neuartigen Spiegel zu dem Zeitpunkt nicht erreichbar waren, wurde ein Optiktechnologie‐F&E‐ Programm für Präzisionsoptiken gestartet, das die Sub‐nm‐Toleranz der Bearbeitung mittels Ionenstrahlformgebung (IBF, englisch "ion beam figuring") als einen maßgeblichen Schritt zum Ziel hatte. Abteilungsleiter Dr. Bigl erhielt 1986 von “Oben“ eine ‐ in einer in der DDR damals nicht untypischen Befehlsmanier ‐ direkte Anweisung, ein derartiges F&E‐Projekt in Kooperation mit dem Kombinatsbetrieb VEB Carl Zeiss Jena aufzunehmen und dabei die Arbeiten der Abteilung zum staatlichen Programm zum … von Breitstrahlionenquellen in Leipzig

50 2 Arbeiten an den Akademieinstituten 1 Mbit‐Speicherchip weitestgehend einzustellen. Diesem Auftrag wurde anfangs von den betroffenen Mitarbeitern nur widerwillig gefolgt, da zunächst deren Bedeutung nicht umfänglich erkannt wurde und auch die Kollegen in Jena reagierten sehr zurückhaltend: "Ihr macht ja mit euren Ionen unsere hochpolierten Oberflächen kaputt!" Letztlich siegte die Leidenschaft und hohes Engagement für diese wegweisende Schlüsseltechnologie für Hochleistungsoptiken, die heute zum Standard in der modernen High‐End‐Optiktechnologie geworden ist. Es sei erwähnt, dass es in der Kooperation mit dem Kombinat VEB Carl Zeiss Jena zu keinem Zeitpunkt eine Motivation für militärische Anwendungen gegeben hat. Von Anfang an bestand das Entwicklungsziel in der Herstellung von Lithografie‐Optiken für die Halbleitertechnologie. Die moderne Optik erfordert abberationsfreie Präzisionsoptiken mit Oberflächen mit nm‐, für EUV‐Lithografie‐Optiken heutzutage mit pm‐Fertigungstoleranz in der Produktion. Damit ist die Ionenstrahlbearbeitung zum Wegbereiter der seit 2019 in der Halbleiterbauelemente‐Produktion eingesetzten EUV‐Lithografie geworden. Nahezu gleichwertige Bedeutung erlangt das RIBE‐Verfahren später zur Herstellung fortgeschrittenster mikro‐ bzw. nano‐strukturierter Optiken, z. B. für Kompressionsgitter von Hochleistungspulslasern oder auch für mikrooptische Baulementestrukturen der integrierten Optik. Das erforderte als wesentlichen Bestandteil Entwicklungen zur Strukturierung neuer Materialien, zum Beispiel CaF2, ZnSe oder LiNbO3. 1986 begannen ‐ als Folge des oben Gesagten ‐ in der Abteilung Ionenstrahltechnik umfangreiche Arbeiten zum Forschungsthema „Grundlagen der Ionenstrahlbearbeitung optischer Oberflächen“. Auftraggeber war das Forschungszentrum des Kombinats VEB Carl Zeiss Jena. Weiterhin beteiligt waren der Bereich Informations‐ und Rechenzentrum (IRZ) und die Hauptabteilung Gerätetechnik des ZfI, das IBT Leipzig, die FSU Jena und das Zentralinstitut für Elektronenphysik Berlin (ZIE). Abbildung 34: Schematische Darstellung ionenstrahlbasierter Verfahren zur Formbearbeitung optischer Oberflächen. Quelle: A. Schindler, Dissertation B, AdW, Berlin, 1990. C. Bundesmann, Zur Geschichte der Entwicklung und Anwendung …

2.9 Ultrapräzisionsbearbeitung und Strukturübertrag in der Optik Gegenstand der Forschungen am ZfI waren ‐ unter Verwendung von Breitstrahlionenquellen – die folgenden Verfahren (Abbildung 34, [Haen90,IST90,Schi90D]): 51 o Blendenvariante, o Maskenvariante, o Variante mit Formblenden, o Blendenvariante mit rotierender Probe. Zusätzlich wurden Arbeiten zur Planarisierung mit dem Ziel der Verringerung der Oberflächenrauigkeit durchgeführt. 2.9.1 Blendenvariante Bei der Blendenvariante wurden durch mehrere rechnergesteuerte und schrittmotorgetriebene Stahlblenden nacheinander Teile des Ionenstrahls ausgeblendet (Abbildung 34 und Abbildung 35) und somit der Abtragsbereich, das sogenannte Ätzfenster, variiert. Abbildung 35: Beidseitige Ansicht des experimentellen Aufbaus für die Blendenvariante, wie er in einer Ionenstrahlätzanlage ISA 150 für den Machbarkeitsnachweis dieser Bearbeitungsvariante zum Einsatz kam. Quelle: A. Schindler, Dissertation B, AdW, Berlin, 1990. Im IRZ des ZfI wurden ein Modellierungs‐ und ein Steuerprogramm für die Blendenvariante zur Berechnung der Lage, Größe und Verweilzeit der Ätzfenster entsprechend den zu korrigierenden Formfehlern entwickelt [Nick90P]. Die Bearbeitung erfolgte also lokal und automatisch. Wenn man die Leistungsfähigkeit und die Verfügbarkeit der damaligen Rechentechnik bedenkt ‐ nicht zu schweigen vom Gewicht der Lochkarten ‐ war dieses Verfahren sehr aufwendig. Möglich wurde die Bearbeitung durch das erste ‐ im ZIE Berlin entwickelte ‐ Interferometer mit elektronischem Sensor (CCD‐Kamera mit einer Auflösung von 32 x 32 Pixeln) zur Messung der 3D‐Oberflächentopografie. Die geringe laterale Auflösung der Kamera ermöglichte nur die Korrektur von Fehlern großer Ortswellenlänge, ermöglichte aber den eindeutigen Nachweis dieses neuen deterministischen Bearbeitungsverfahrens. … von Breitstrahlionenquellen in Leipzig

52 2 Arbeiten an den Akademieinstituten 2.9.2 Maskenvariante Bei der Maskenvariante wurde zwischen die Quelle und das Werkstück eine Metalllochmaske mit ortsabhängiger Löcherdichte positioniert (Abbildung 36). Damit wurde das homogene Stromdichteprofil so moduliert, dass auf dem Werkstück lokal, entsprechend der abzutragenden Topografie die korrigierte Oberflächenform oder ‐ im anderen Anwendungsfall ‐ die bewusst zu erzeugende asphärische Ober‐ flächentopografie in einem "Schuss" erzeugt wurde [Haen90]. Die Löcherdichte wurde mit Hilfe einer – im IRZ entwickelten ‐ Prozesssimulationssoftware den jeweiligen Zielvorgaben angepasst. Dazu wurde die Metalllochmaske in eine Anordnung von sogenannten Elementarzellen der Größe 1 mm x 1 mm unterteilt und die Transparenz jeder Zelle durch eine bestimmte Anzahl gleichgroßer Löcher realisiert. Die Herstellung der Maske war relativ aufwendig und bedurfte mehrerer Prozessierungsschritte: (i) Übertrag der Struktur der Maske mittels Fotolithografie in eine Chromschicht, die sich auf einem Glasträger befand. (ii) Darauf galvanische Abscheidung einer Nickelschicht (d ~ 10 µm). (iii) Anschließend Abziehen der Nickelschicht und Fixierung in einem Rahmen. Abbildung 36: Foto einer Ni‐Maske für die Formbearbeitung einer optischen Oberfläche (a) und Aufbau für die Fixierung der Maske (b). Oberflächenprofile einer konventionell polierten CaF2‐ Linsenoberfläche vor (c) und nach der Ionenstrahlformbearbeitung (d) [Haen90]. Quelle: T. Hänsel, et al., ZfI‐Mitteilungen 161 (1990) 25‐34. C. Bundesmann, Zur Geschichte der Entwicklung und Anwendung …

2.9 Ultrapräzisionsbearbeitung und Strukturübertrag in der Optik 53 Abbildung 37: Grundlagenuntersuchungen zur Maskenvariante [Schi90D]: Schema der Profilkorrektur nach dem Elementarzellenkonzept mit diskreten Transparenzstufen (a); Verbreiterung des Abtragsprofils an einer Maskenkante aufgrund der Strahldivergenz (b). Quelle: A. Schindler, Dissertation B, AdW, Berlin, 1990. 2.9.3 Formblendenvariante Sofern die Anforderungen bezüglich einer Formkorrektur gering waren, zum Beispiel Verringerung der Polierfehler um einen geringen Faktor von 2 … 3, bot sich die Verwendung von einzelnen oder mehreren speziell angefertigten Formblenden an [Schi90D]. Diese wurden aus Metallfolien geschnitten. Ähnlich der Maskenvariante wurden die Formblenden dann über der Probe montiert und Material im Bereich der Blendenöffnung abtragen (Abbildung 38). Die Formblendenvariante ist also die Maskenvariante mit großen Löchern. Aber die Herstellung der Formblenden war deutlich einfacher als die der Lochmasken, dafür der verbleibende Rest‐Formfehler größer. Bearbeitung Abbildung 38: Prinzipskizze einer zweistufigen mit Formblenden zur Reduzierung der Sphärenabweichung. Quelle: A. Schindler, Dissertation B, AdW, Berlin, 1990. … von Breitstrahlionenquellen in Leipzig

54 2 Arbeiten an den Akademieinstituten 2.9.4 Blendenvariante mit rotierender Probe Optische Oberflächen sind sehr häufig rotationssymmetrisch. Da bot es sich an, die Verwendung von Blenden mit einer Probenrotation zu kombinieren. Durch Wahl der Blendengröße, deren Position relativ zur Rotationsachse und der Rotationsgeschwindigkeit konnten unterschiedliche Abtragsprofile erzeugt werden. Auch dazu wurden einige Versuche gemacht (Abbildung 39). von für die Abbildung 39: Beispiel Erzeugung rotationssymme‐ trischen Oberflächenformen mittels zwei verschiedener Festblenden vor einer rotierenden Si‐Scheibe. Punkte und Linien zeigen die gemessene beziehungsweise Form. Quelle: A. Schindler, Dissertation B, AdW, Berlin, 1990. erwartete 2.9.5 Planarisierung Optische Oberflächen müssen hinreichend glatt sein, um Streuverluste zu vermeiden. Eine Variante zur Oberflächenglättung, die am ZfI entwickelt wurde, ist die Planarisierung. Das Prinzip ist in Abbildung 40 dargestellt [Haen90]. Dabei wird eine raue Oberfläche mit einer Hilfsschicht (Fotolack) beschichtet, die die mikroskopischen Unebenheiten ausfüllt und eine sehr glatte Oberfläche bildet. Nach Aushärtung der Hilfsschicht wird die Probe unter dem sogenannten Planarisierungswinkel geätzt, bei dem die Ätzraten des Probenmaterials und der Hilfsschicht gleich sind. Der Planarisierungswinkel ist materialabhängig und wird aus den winkelabhängigen Ätzraten beider Materialien unter Findung geeigneter Ätzparameter (Ätzgas‐ zusammensetzung, Ionenenergie und Ionenstromdichte) zuvor ermittelt (Abbildung 41). Abbildung 42 zeigt ein Beispiel für die Planarisierung einer CaF2‐Oberfläche. C. Bundesmann, Zur Geschichte der Entwicklung und Anwendung …

2.9 Ultrapräzisionsbearbeitung und Strukturübertrag in der Optik 55 Abbildung 40: Schematische Darstellung der Planarisierung mit Hilfsschicht (links) und prinzipieller Verlauf der winkelabhängigen Ätzraten von CaF2 und Hilfsschicht (rechts) [Haen90,IST90]. Quelle: ZfI, Abteilung Ionenstrahltechnik, Leipzig, 1990/91. Abbildung 41: Grundlagenuntersuchungen zur Planarisierung von CaF2 mittels Ionenstrahlätzen [Schi90D]: winkel‐ und energieabhängige Ätzraten von CaF2 und Fotolack AZ 1350 H für die Verwendung von Ar‐ oder CHF3‐Gas (links); winkelabhängige Oberflächenrauigkeit von CaF2 beim Beschuss mit Ar‐Ionen (rechts). Quelle: A. Schindler, Dissertation B, AdW, Berlin, 1990. … von Breitstrahlionenquellen in Leipzig

56 2 Arbeiten an den Akademieinstituten Abbildung 42: Tylose‐Abdruck REM‐Aufnahmen und Profiler‐Oberflächenprofile einer CaF2‐ Oberfläche vor (links) und nach der Planarisierung (rechts) [Haen90,IST90]. Quelle: ZfI, Abteilung Ionenstrahltechnik, Leipzig, 1990/91. 2.10 Literaturverzeichnis [Bard78P] T. Bardo, F. Bigl, A. Schindler, R. Fechner, Verfahren zur Herstellung von Schrägschliffen, Patentschrift 138 589, 01.09.1978 / 07.11.1979 [Bigl66D] [Bigl68b] [Bigl78a] Eine spaltfreie F. Bigl, zur Wasserstoffisotopenanalyse im Bereich natürlicher Deuteriumkonzentrationen, Dissertation, Karl‐ Marx‐Universität Leipzig, 1966. Kleinmassenspektrometer Ionenquelle einem in Eine spaltfreie F. Bigl, zur Wasserstoffisotopenanalyse im Bereich natürlicher Deuteriumkonzentrationen, Isotopenpraxis 4 (1968) 104‐109. Kleinmassenspektrometer Ionenquelle einem in F. Bigl, A. Schindler, R. Fechner, K. Freyer, H.‐J. Treutler, A method of producing polished sections with very small angles of inclination by ion beam etching and its application to profile measurements, Proceedings International Conference on Ion Beam Modification of Materials, Budapest, 1978, 1743‐ 1750. C. Bundesmann, Zur Geschichte der Entwicklung und Anwendung …

2.10 Literaturverzeichnis 57 [Bigl78b] [Bigl79a] [Bigl79b] [Bigl79P1] [Bigl79P2] [Bigl80P] [Bigl81] [Bigl82P] [Bigl83] [Bigl84P] [Bigl86] [Bigl87] [Bigl88] [Faus81] [Faus81P] [Faus85D] [Fech85] F. Bigl, H. Neumann, W. Helmstreit, B. Faust, R. Oesterke, u.a., Studie zu „Einsatzmöglichkeiten der Ionenstrahltechnik im Kombinat Mikroelektronik“, ZfI, unveröffentlicht, 1978. F. Bigl, A. Schindler, Ionenstrahlverfahren zur Herstellung von „Schrägschliffen“ mit extrem kleinem Neigungswinkel, Gemeinsamer Jahresbericht 1978, ZfK 385 (1979) 134‐135. F. Bigl, A. Schindler, R. Fechner, Anwendungsmöglichkeiten der Ionenstrahl‐„Schrägschlifftechnik“, Symposium Physikalische Grundlagen zu Bauelementetechnologien der Mikroelektronik, Frankfurt/Oder, 1979, Band 2, 562‐568. F. Bigl, J. Flachowsky, K. Freyer, H.‐C. Treutler, Verfahren zur Bestimmung von Substrattiefenprofilen in dünnen Schichten, Patentschrift 145 795, 04.09.1979 / 07.01.1981 F. Bigl, H. Neumann, K. Winter, G. Wolf, Vorrichtung Neutralteilchenstrahlen, Patentschrift 146 366, 26.09.1979 / 04.02.1981 zur Erzeugung von Ionen‐ und F. Bigl, B. Faust, K. Winter, H. Neumann, Vorrichtung zur Halterung von Targets in Vakuumkammern, Patentschrift 155 942, 22.12.1980 / 14.07.1982 F. Bigl, Rede anlässlich des 70. Geburtstags von Prof. J. Mühlenpfordt, ZfI, 1981. F. Bigl, I. Herold, A. Schindler, Verfahren zur Herstellung von Schrägschliffen durch chemisches Ätzen, Patentschrift 212 618, 20.12.1982 / 15.08.1984 F. Bigl, A. Schindler, R. Fechner, I. Herold, Th. Hänsel, Verfahren und Ausrüstung zur Herstellung extrem flacher Schrägschliffe auf Festkörperoberflächen, Gemeinsamer Jahresbericht 1982, ZfK 503 (1983) 95‐96. F. Bigl, H. Neumann, A. Schindler, R. Schlenk, Katodeneinheit Patentschrift DD 229 885 A1, 19.12.1984 / 20.11.1985 für Breitstrahlionenquellen, F. Bigl, Ionenstrahlätzen – Verfahren und Ausrüstungen für die Mikrostrukturierung, Isotopenpraxis 22 (1986) 430‐435. F. Bigl, Ionenstrahlätzen – Grundlagen, Ausrüstungen und Anwendungsprobleme, Gastvortrag, 32. Internationales Wissenschaftliches Kolloqium, TH Illmenau, 1987, Heft 4, 159‐162. F. Bigl, A.A. Patrin, V.A. Suslov, A. Schindler, Analysis of multilayer semiconductor structures by a photoelectric method using a believed surface formed by ion‐beam etching, Soviet Microelectronics 17 (1988) 38‐41. B. Faust, F. Bigl, H. Neumann, K. Winter, Vorrichtung zur Halterung, Bewegung und Positionierung von Proben in Vakuumkammern, Gemeinsamer Jahresbericht 1980, ZfK 443 (1981) 213‐214. B. Faust, G. Wegat, K. Winter, Ventil für Vakuumbehälter, Patentschrift DD 208 200 A1, 17.11.1981 / 28.03.1984 B. Faust, Konzeption einer Ionenstrahlätzanlage und ausgewählte massenspektrometrische In‐situ‐ Messungen beim reaktiven Ionenstrahlätzen, Dissertation A, Technische Hochschule Leipzig, 1985. R. Fechner, A. Schindler, J. Flachowsky, Untersuchung von Strahlenschäden, erzeugt durch Ionenstrahlätzen, mittels Cu‐64‐Adsorption und Autoradiographie, Gemeinsamer Jahresbericht 1984, ZfK 559 (1985) 127. … von Breitstrahlionenquellen in Leipzig

58 [Fech87a] [Fech87b] [Flag85] [Flam85] [Flam89] [Gott87P] [Gus69] [Haen90] [Helm79a] [Helm79b] [Helm79c] 2 Arbeiten an den Akademieinstituten R. Fechner, A. Schindler, R. Flagmeyer, F. Bigl, Energy and dose dependence of damage produced by low energy Ar ion beam etching of GaAs measured by 64Cu adsorption and autoradiography and RBS‐ channeling, Annual Report 1986, ZfK 621 (1987) 86‐87. R. Fechner, A. Schindler, F. Bigl, J. Flachowsky, Study of near surface damage depth profiles of Ar ion beam etched GaAs by means of 64Cu adsorption and autoradiographic detection, Annual Report 1986, ZfK 621 (1987) 87‐89. R. Flagmeyer, R. Fechner, Strahlenschäden in GaAs nach niederenergetischem Ionenstrahlätzen, Gemeinsamer Jahresbericht 1984, ZfK 559 (1985) 87‐88. D. Flamm, F. Bigl, W. Frank, W. Beyer, T. Lehmann, A. Dittmar, Oberflächenverunreinigungen nach Ionenstrahlätzprozessen, Gemeinsamer Jahresbericht 1984, ZfK 559 (1985) 128. D. Flamm, D. Hirsch, F. Bigl, Ionengestützte Strukturierung von InP‐Oberflächen unter Verwendung von Chlor, Physik der Halbleiteroberfläche 20 (1989) 39‐42. V. Gottschalch, H. Herrnberger, A. Schindler, K. Kraft, P. Lentzsch, Verfahren zur Darstellung strukturierter Unterlagen für die Halbleiterepitaxie, Patentschrift DD 263 630 A1, 19.08.1987 / 04.01.1989 V.M. Gusev, N.P. Busharov, S.M. Naftulin, A.M. Pronichev, ILU Ion Accelerator to 100 keV with separation of ions by mass, Nuclear Experimental Techniques (USSR) 4 (1969) 823‐828. T. Hänsel, M. Remer, A. Nickel, A. Schindler, Ionenstrahlpräzisionsbearbeitung in der Optik, ZfI‐Mitteilungen 161 (1990) 25‐34. F. Bigl, R. Fechner, T. Freyer, B. Faust, W. Helmstreit, Reaktives Ionenstrahlätzen mit CF4, Gemeinsamer Jahresbericht 1978, ZfK 385 (1979) 137‐138. W. Helmstreit, F. Bigl, Laboranlage zum reaktiven Ionenstrahlätzen, Gemeinsamer Jahresbericht 1978, ZfK 385 (1979) 236‐238. W. Helmstreit, F. Bigl, Selektives reaktives Ionenstrahlätzen, Symposium Physikalische Grundlagen zu Bauelementetechnologien der Mikroelektronik, Frankfurt/Oder, 1979, Band 1, 175‐185. [Helm79P1] W. Helmstreit, F. Bigl, L. Richter, Verfahren zum reaktiven Ionenstrahlätzen organischer Materialien, Patentschrift 145 347, 06.08.1979 / 03.12.1980 [Helm79P2] W. Helmstreit, F. Bigl, Verfahren zum reaktiven Ionenstrahlätzen von Silizium und Siliziumverbindungen, Patentschrift 145 348, 06.08.1979 / 03.12.1980 [Helm80] [Hirs88] [Hirs90] [HVD84] [HVD85] W. Helmstreit, Reaktives Ionenstrahlätzen mit CF3H und N2O, Gemeinsamer Jahresbericht 1979, ZfK 408 (1980) 102‐103. D. Hirsch, D. Flamm, REM‐Untersuchung an GaAs‐Oberflächen nach Ionenstrahlätzen mit Chlor, Physik der Halbleiteroberfläche 19 (1988) 15‐18. D. Hirsch, D. Flamm, H. Neumann, F. Bigl, REM‐Analyse von CAIBE‐Mikrostrukturen in GaAs, Beiträge zur elektronenmikroskopischen Direktabbildung von Oberflächen 23 (1990) 55‐57. VEB Hochvakuum Dresden, Prospekt "Ion Beam Etching Plant ISA 150", Vakuum Information, 1984. VEB Hochvakuum Dresden, Prospekt "Ionenstrahlquellen ISQ 76 und ISQ 150", Vakuum Information, 1985. C. Bundesmann, Zur Geschichte der Entwicklung und Anwendung …

2.10 Literaturverzeichnis 59 [IST90] [Kurt88P] [Neum79] [Neum80] [Neum81P] [Neum84P] [Nick86] [Nick90P] [Oert89P1] [Oert89P2] [Reet85P] [Rich76] [Ring83] [Ring85] [Ring87] [Ring89] [Sap96P] ZfI, Abteilung Ionenstrahltechnik, Ergebnisse der angewandten Grundlagenforschung, Leipzig, 1990/91. K. Kurth, M. Falz, R. Schlenk, F. Bigl, H. Neumann, Vorrichtung zum Kühlen dünner, ebener Substrate, insbesondere Halbleiterscheiben, Patentschrift DD 274 515 A1, 29.07.1988 / 20.12.1989 H. Neumann, F. Bigl, B. Faust, K. Winter, Aufbau, Leistungs‐ und Betriebsparameter einer Breitstrahlionenquelle zu Bauelementetechnologien der Mikroelektronik, Frankfurt/Oder, 1979, Band 1, 186‐197. Symposium Physikalische Grundlagen Ionenstrahlätzen, zum H. Neumann, F. Bigl, B. Faust, K. Winter, Aufbau, Leistungs‐ und Betriebsparameter einer Breitstrahlionenquelle zum Ionenstrahlätzen, Gemeinsamer Jahresbericht 1979, ZfK 408 (1980) 176. H. Neumann, K. Winter, B. Faust, G. Wolf, Verfahren zur Kühlung von Targets in Vakuumkammern, Patentschrift 200 696, 05.10.1981 / 01.06.1983 H. Neumann, A. Schindler, F. Bigl, J. Silbermann, Breitstrahlionenquelle, Patentschrift DD 229 865 A1, 19.12.1984 / 20.11.1985 A. Nickel, Modellrechnungen für das Ionenstrahlätzen im Rahmen einer Geräteentwicklung, ZfI‐ Mitteilungen 119 (1986) 59‐67. A. Nickel, F. Bigl, T. Hänsel, A. Schindler, B. Retschke, G. Ullrich, Verfahren zur Steuerung der Ionenstrahlbearbeitung von Festkörperoberflächen, Patentschrift DD 298 750 A5, 09.04.1990 / 12.03.1992 B. Oertel, F. Bigl, F. Peger, Verfahren zum Reinigen von Kontaktoberflächen, Patentschrift DD 298 485 A5, 06.03.1989 / 27.02.1992 B. Oertel, U. Henkel, F. Bigl, Verfahren zur Reinigung von Mehrmetallhalbzeug, Patentschrift DD 298 486 A5, 06.03.1989 / 27.02.1992 R. Reetz, F. Bigl, E. Lindemann, R. Fechner, Verfahren zur Herstellung transparenter Leiterbahnen für Elektrolumineszenzdisplays, Patentschrift DD 241 175 A1, 18.09.1985 / 26.11.1986 L. Richter, B. Faust, F. Bigl, K. Winter, A. Zur, Ionenstrahlanlage ILU‐4 – Technische Entwicklungen und Betrieb, Gemeinsamer Jahresbericht 1975, ZfK 315 (1976) 176‐177. G. Ringel, F. Bigl, G. Wolf, Strukturübertragung durch reaktives Ionenstrahlätzen, Gemeinsamer Jahresbericht 1982, ZfK 503 (1983) 96‐97. G. Ringel, F. Bigl, H. Schmidt, Untersuchungen zur Winkelabhängigkeit der Ätzgeschwindigkeit bei RIBE‐Prozessen, Gemeinsamer Jahresbericht 1984, ZfK 559 (1985) 126. G. Ringel, A. Nickel, F. Bigl, A pattern edge profile simulation for ion beam etching processes, Annual Report1986, ZfK 621 (1987) 89‐90. G. Ringel, H. Neumann, B. Faust, F. Bigl, The mass spectrometry process control during RIBE of SiO2, Annual Report1988, ZfK 667 (1989) 91. A. Saprykin, S. Becker, H.‐J. Dietze, Verfahren Glimmentladungsionisation, 21.05.1996/28.11.1996. Ionenquelle, sowie zur Hochfrequenzbetriebenen Magnetron‐ Patentanmeldung WO001996037905A1, [Schi76] A. Schindler, F. Bigl, Photolumineszenzmessplatz zur Untersuchung der Tiefenverteilung von Lumineszenzzentren, Gemeinsamer Jahresbericht 1975, ZfK 315 (1976) 181‐182. … von Breitstrahlionenquellen in Leipzig

2 Arbeiten an den Akademieinstituten A. Schindler, F. Bigl, Measurement of the Distribution of Luminescence Centres in implanted AIII‐BV‐ Semiconductors by Photoluminescence, Proceeding of the International Conference on Ion Implantation in Semiconductors, Reinhardsbrunn, 1977; ZfK 360 (1978) 312‐316. A. Schindler, F. Bigl, R. Fechner, Untersuchungen zum Ausheilverhalten von ionenstrahlgeätztem n‐ GaAs und p‐GaAsP mittels Photolumineszenz, Gemeinsamer Jahresbericht 1978, ZfK 385 (1979) 135‐ 136. A. Schindler, F. Bigl, Photolumineszenz‐Tiefenprofile an GaAsP:Zn, Gemeinsamer Jahresbericht 1980, ZfK 443 (1981) 131‐132. A. Schindler, R. Fechner, R. Flagmeyer, D. Panknin, F. Bigl, Analysis of Ar ion beam etching induced surface damage of GaAs by means of 64Cu adsorption / autoradiography and RBS / channeling – angular dependence and rapid thermal annealing ‐, Annual Report 1987, ZfK 638 (1988) 75‐76. A. Schindler, T. Hänsel, F. Bigl, M. Rehmer, A. Nickel, B. Retschke, G. Ullrich, Anordnung zur Ionenstrahlbearbeitung von Festkörperoberflächen, Patentschrift DD 295 946 A5, 02.11.1988 / 14.11.1991 A. Schindler, R. Fechner, A.B. Ormont, Analysis of Ar ion beam etching induced surface damage of GaAs by means of low voltage scanning electron microscopy, Annual Report 1988, ZfK 667 (1989) 92. A. Schindler, Oberflächenpräzisionsbearbeitung und Mikrostrukturübertrag genauigkeit mit Hilfe des Ionenstrahlätzens, ZfI‐Mitteilungen 161 (1990) 161‐167. in Nanometer‐ A. Schindler, Ionenstrahlätzen in der Optik und Optoelektronik: Probleme und Anwendungen, Dissertation B, Akademie der Wissenschaften der DDR, Berlin, 1990. R. Schlenk, F. Kadner, K. Ehrig, F. Bigl, B. Faust, H. Neumann, A. Schindler, Aufbau, Leistungs‐ parameter und Anwendungsmöglichkeiten der ISA 150, Gemeinsamer Jahresbericht 1983, ZfK 530 (1984) 77‐78. Ionenstrahlanlage E. Schöbel, A. Tack, R. Strauß, F. Bigl, H. Neumann, K. Ehrig, Steuerung und Regelung einer Glühkatoden‐Plasma‐Ionenquelle mit zwei‐ oder dreifacher Gitteranordnung, Patentschrift DD 263 675 A3, 30.06.1986 / 11.01.1989 D. Schwertner, D. Gräfe, H. Neumann, F. Bigl, A, Schindler, UV‐transparentes elektrooptisches Lichtstreuelement, Patentschrift 214 006, 08.03.1983 / 26.09.1984 H. Winkler, Steigerung der partiellen Effektivität einer modifizierten Plasmaionenquelle durch die Ausnutzung von Stößen 2. Art, Dissertation A, Karl‐Marx‐Universität Leipzig, 1969. 60 [Schi77] [Schi79] [Schi81] [Schi88] [Schi88P] [Schi89] [Schi90] [Schi90D] [Schle84] [Schö86P] [Schw83P] [Wink69D] C. Bundesmann, Zur Geschichte der Entwicklung und Anwendung …

3 Arbeiten am Leibniz‐Institut für Oberflächenmodifizierung Was gibt es Neues? Oberflächlich betrachtet könnte man antworten: „Nicht viel.“ Es werden immer noch Ionenstrahlquellen nebst Komponenten und Anlagen entwickelt. Zum Teil leisten auch noch die alten Ionenstrahlanlagen ISA 150 mit den Ionenstrahlquellen ISQ 150 gute Dienste (Abbildung 43). Auch kommen dem Betrachter die verwendeten Technologien und Anwendungen vertraut vor: Ionenstrahl‐ ätzen zur Oberflächenformgebung, Glättung, Planarisierung und Strukturierung ‐ sowie die Schichtabscheidung mittels Ionenstrahlzerstäuben (IBSD, englisch "ion beam sputter deposition"). Abbildung 43: Ionenstrahlanlagen am IOM: zwei "alte" ISA 150 (links), die Anlage RIBE 450 zum Ionenstrahlätzen für Werkstücke mit einem Durchmesser von bis zu 450 mm (rechts oben) und eine Anlage für Grundlagenuntersuchungen des IBSD‐Prozesses (rechts unten). Fotos: C. Bundesmann, F. Frost (IOM) Dieser Eindruck erweist sich aber beim genaueren Hingucken als falsch, da es gewaltige Fortschritte seit der Gründung des IOM gab. Diese Fortschritte waren möglich, da sich aufgrund der gesellschaftlichen … von Breitstrahlionenquellen in Leipzig

62 3 Arbeiten am Leibniz‐Institut für Oberflächenmodifizierung Veränderungen vielfältige neue Chancen ergaben. Sie waren aber auch notwendig, da die technologischen Anforderungen stetig gestiegen sind und weiter steigen werden. Es gab viele neue gerätetechnische Entwicklungen: weitere und leistungsfähigere Quellentypen, dazugehörige Komponenten, begleitet durch die heutzutage unerlässliche Entwicklung von Diagnostik‐ und Simulationswerkzeugen. Diese Arbeiten finden seit vielen Jahren verstärkt auch auf dem Gebiet der elektrischen Raumfahrtantriebe statt. Natürlich gab es auch bei den Anwendungen der Ionenstrahlquellen große Erfolge, zum einen bezüglich einer höheren Präzision und zum anderen in der Vielfalt der Anwendungen. Im Folgenden werden einige ausgewählte, herausragende Beispiele für gerätetechnische Entwicklungen und Anwendungen im Bereich Ionenstrahlätzen und Ionenstrahlzerstäuben gezeigt. Den vollen Umfang der Arbeiten zu beschreiben, ist nicht das Ziel dieses Heftes und würde auch dessen Rahmen sprengen. Der Leser sei hierfür auf die Tätigkeitsberichte des IOM verwiesen, welche auf der Homepage des IOM verfügbar sind. 3.1 Gerätetechnische Entwicklungen Ionenstrahlquellen Ionenstrahlquellen waren und sind ein zentrales Werkzeug des IOM. In Zeiten der DDR waren bestimmte Technologien, zum Beispiel Mikrowellen‐ (MW) und Radiofrequenztechnik (RF), nicht allgemein zugänglich, so dass am ZfI lediglich Ionenstrahlquellen vom Kaufman‐Typ entwickelt werden konnten. Abbildung 44: Am IOM entwickelte Ionenstrahlquellen (Auswahl) [Neum07]. Quelle: B. Faust, F. Scholze, R. Woyciechowski, M. Zeuner, H. Neumann (IOM). Nach dem Fall der Mauer wurde ‐ in Kooperation mit Partnern ‐ rasch begonnen, die genannten Technologien zu erschließen. Als Folge wurden neben den Quellen vom Kaufman‐Typ auch ECR‐ und RF‐ Quellen entwickelt (Abbildung 44). Die verschiedenen Anwendungen benötigten Quellen mit C. Bundesmann, Zur Geschichte der Entwicklung und Anwendung …

3.1 Gerätetechnische Entwicklungen unterschiedlichen Parametern, zum Beispiel angepasster Strahlform und ‐größe. Deshalb wurden Quellen mit rundem Strahlprofil mit Durchmessern zwischen 0,25 mm und 220 mm entwickelt, aber auch modular aufgebaute Linearquellen mit einer Länge von bis zu 2 m. 63 Komponenten Die neuen Quellen‐Typen und die gestiegenen Anforderungen erforderten auch die Entwicklung neuer oder die Weiterentwicklung existierender Komponenten, zum Beispiel MW‐Antennen, RF‐Generatoren oder Hochspannungsnetzteile (Abbildung 45). Weitere Entwicklungen dienten zum Beispiel der Strahl‐ neutralisation, der Strahlprofilsteuerung durch dynamische Anpassung innerhalb einer Ionenstrahlquelle oder dem Clustering von Ionenstrahlquellen, bei dem mehrere Ionenstrahlen überlagert werden. Abbildung 45: Am IOM oder in Zusammenarbeit mit Partnern entwickelte Komponenten (Auswahl) [Neum07]. Quelle: B. Faust, F. Scholze, M. Zeuner, H. Neumann (IOM). Diagnostikwerkzeuge Für die moderne Entwicklung von Ionenstrahlquellen ist eine umfassende Charakterisierung unerlässlich, was einer Vielzahl von Diagnostikwerkzeugen bedarf. Zum einen müssen die Plasma‐ und Ionenstrahl‐ parameter vermessen werden, da diese die Funktion der Ionenstrahlquelle bestimmen. Zum anderen sind aber auch weitere Parameter, wie zum Beispiel Temperatur und Erosion der Extraktionsgitter, von Bedeutung, da diese die Wechselwirkung mit den umgebenden Komponenten beziehungsweise die Lebensdauer beeinflussen. Deshalb werden am IOM seit vielen Jahren eigene Diagnostikwerkzeuge entwickelt oder kommerzielle Sensoren so modifiziert (Abbildung 46), dass Sie den kontinuierlich steigenden Anforderungen genügen, insbesondere auch unter den widrigen Bedingungen des Ultrahochvakuums und einer reaktiven Prozessumgebung. … von Breitstrahlionenquellen in Leipzig

65 3.2 Ionenstrahlzerstäuben Simulationswerkzeuge Die Entwicklung von Ionenstrahlquellen ist heute ohne den Einsatz von Simulationswerkzeugen undenkbar. Simulationen erlauben die gezielte und zeitsparende Optimierung der Betriebsparameter der Ionenstrahlquellen. Deshalb wurden am IOM unter Verwendung bereits bestehender Simulationscodes eigene Programme oder eigene Simulationscodes entwickelt, zum Beispiel zur Strahlprofiloptimierung (Abbildung 47) oder zur Bestimmung der Lebensdauer von elektrischen Raumfahrtantrieben. Die Herausforderung besteht dabei darin, das Plasma, den Ionenstrahl und die Wechselwirkung mit den Oberflächen innerhalb einer Simulation korrekt zu modellieren. 3.2 Ionenstrahlzerstäuben Grundlagenuntersuchungen Eine grundlegende Fragestellung beim Ionenbeschuss betrifft die Quantifizierung des Materialabtrags, das heißt im einfachsten Fall, die Anzahl der abgetragenen Targetatome je einfallendem Ion, die sogenannte Zerstäubungsausbeute. Dieser Wert ist für jedes Material verschieden und kann sehr stark variieren, abhängig von Ionensorte, Ionenenergie und Ioneneinfallswinkel (Abbildung 48). Diese Untersuchungen sind vor allem dort von Interesse, wo es durch Ionenbeschuss zur Erosion von Bauteilen kommen kann. Zum Beispiel muss bei Ionenstrahlquellen für elektrische Raumfahrtantriebe die Erosion lebensdauerrelevanter Bauteile oder umliegender Komponenten bestimmt und minimiert werden. Abbildung 48: Grundlagenuntersuchungen zu Zerstäubungsausbeuten als Funktion der Ionenenergie und Ioneneinfallswinkel (links) und dem Erosionsverhalten von Solarzellenverbindern unter Ionenbeschuss (rechts) [Tart11]. Quelle: M. Tartz, H. Neumann, D. Hirsch (IOM). Schichtabscheidung Eine Anwendung des Ionenstrahlzerstäubens ist die gezielte Abscheidung des abgetragenen Materials zur Herstellung dünner Schichten (IBSD, Abbildung 49). Dünne Schichten aus verschiedensten Materialien sind in vielen Bereichen. Zwei Anwendungsbeispiele am IOM sind Schichten für Magnetköpfe zum Beschreiben und Lesen von inzwischen ein zentraler Bestand moderner Technologien … von Breitstrahlionenquellen in Leipzig

66 3 Arbeiten am Leibniz‐Institut für Oberflächenmodifizierung Festplatten, Hartstoffschichten für die Oberflächenveredelung oder Multilagenschichten für die EUV‐ Lithografie (Abbildung 49). Abbildung 49: Hochreflektiver Multilagenspiegel (IBSD) für die EUV‐Lithografie [Chas03]: TEM‐ Aufnahmen und Reflexionsmessung einer hochpräzisen Abfolge ultradünner Mo/Si‐Schichtpaare. Quelle: T. Chassé, H. Neumann (IOM), G. Wagner (Uni Leipzig), F. Scholze (BESSY Berlin). Darüber hinaus wurde am IOM eine weltweit einzigartige Anlage entwickelt, die es erlaubt, die Grund‐ lagen des IBSD‐Prozesses systematisch und umfassend zu untersuchen (Abbildung 50). So konnte erstmals das vollständige Potential des Abscheideverfahrens umfassend beschrieben werden [Bund18]. Abbildung 50: Versuchsanordnung und experimentelle Beispiele zur systematischen Untersuchung der Grundlagen des IBSD‐Prozesses [Bund18]. Quelle: R. Feder, C. Bundesmann (IOM). Abscheidung von Nanostrukturen (GLAD) Verkippt man das zu beschichtende Substrat so, dass der Strom der zerstäubten Teilchen unter streifendem Einfall mit Auftreffwinkeln von 60‐85° auf das Substrat trifft, bilden sich selbstorganisiert Nanostrukturen (Abbildung 51), die ein Reihe neuartiger Anwendungen in der Optik oder Sensorik ermöglichen. C. Bundesmann, Zur Geschichte der Entwicklung und Anwendung …

3.3 Ionenstrahlätzen 67 Abbildung 51: Erzeugung von Nanostrukturen durch Ionenstrahlzerstäuben und Abscheidung unter streifendem Einfall. [Schu05]. Quelle: E. Schubert (IOM). 3.3 Ionenstrahlätzen Oberflächenglättung und selbstorganisierte Nanostrukturen Bestimmte Anwendungen erfordern besonders glatte Oberflächen, während andere Anwendungen strukturierte Oberflächen im Sub‐µm‐Bereich benötigen, zum Beispiel für die Entspiegelung optischer Oberflächen im sichtbaren oder im UV‐Spektralbereich. Das Ionenstrahlätzen bietet hierfür einzigartige Möglichkeiten, da sich ‐ unter Variation verschiedener Prozessparameter ‐ selbstorganisierte Nanostrukturen oder besonders glatte Oberflächen ausbilden können (Abbildung 52, [Fros09,Zibe09]). Abbildung 52: Ausgewählte Beispiele für Glättung und selbstorganisierte Nanostrukturen, die mittels Ionenstrahlätzen auf Si und Ge generiert wurden [Zibe09]. Quelle: F. Frost, B. Ziberi (IOM). Strukturierung optischer Oberflächen Moderne optische Technologien erfordern immer kleinere und präzisere Oberflächenstrukturen, unter anderem für binäre oder sinusförmige Gitter für optische Spektrometer. Der Strukturübertrag mittels RIBE (Abbildung 53) hat sich hierfür als allen anderen Verfahren überlegen bewährt. Die jahrzehntelangen … von Breitstrahlionenquellen in Leipzig

68 3 Arbeiten am Leibniz‐Institut für Oberflächenmodifizierung Erfahrungen erlauben immer noch inkrementelle Verbesserungen in der Prozessführung und führen zu verbesserten Ergebnissen, die somit die Realisierung von theoretisch Konzepten ermöglichen, die vor einigen Jahren noch nicht denkbar waren. Abbildung 53: Erzeugung hocheffizienter Transmissionsgitter mit einer Strichzahl von 3000 l/mm mittels Strukturübertrag durch Ionenstrahlätzen [Finz19a]: AFM‐Aufnahme des Ausgangsprofils im Fotolack (links) und REM‐Aufnahme der Gitterstruktur in SiO2 nach der RIBE‐Bearbeitung (rechts). Quelle: A. Finzel, G. Dornberg, F. Frost (IOM) Inzwischen ist die Erzeugung von periodischen Oberflächenstrukturen mit Amplituden von wenigen nm oder sogar im Sub‐nm‐Bereich gefordert. Eine Anwendung ist hier die Herstellung von Tiefenstandards für hochpräzise Verfahren zur Messung der Oberflächentopografie, zum Beispiel Rasterkraftmethoden (Abbildung 54). Abbildung 54: Die Herstellung von Tiefenstandards mit einer Amplitude von einigen nm bis sub‐nm mittels Ionenstrahlätzen [Finz19b]: schematische Darstellung des Herstellungsprozesses (links), Weißlichtinterferometer‐ und AFM‐Aufnahme eines Höhenprofils mit angepasster Sinusfunktion für einen Tiefenstandard von 0,1 nm Amplitude (rechts). Quelle: A. Finzel, G. Dornberg, S. Görsch, M. Mitzschke, J. Bauer, F. Frost (IOM). C. Bundesmann, Zur Geschichte der Entwicklung und Anwendung …

69 3.4 Fazit Oberflächenformgebung Rotationssymmetrische Oberflächen lassen sich ‐ wie bereits erwähnt ‐ durch Kombination des Ionenstrahlätzens mit Probenrotation erzeugen. In der ursprünglichen Entwicklung waren Substrat‐ durchmesser und Ionenstrahldurchmesser von ähnlicher Größe. Für heutige Substrate mit deutlich größeren Durchmessern wäre das Verfahren nur mit sehr großen Ionenstrahlquellen praktikabel. Da die möglichen Durchmesser der Ionenstrahlquellen nicht beliebig vergrößert werden können, wurde am IOM das Ätzen mit mehreren Radien entwickelt [Fros19]. Unter Verwendung eines Simulationsprogramms können für eine vorher festgelegte Anzahl von Ätzradien deren Größe so optimiert werden, dass – unter Berücksichtigung des Abtragsprofils und der Ätzzeit ‐ der Abtrag den Zielvorgaben mit den geforderten Genauigkeiten entspricht (Abbildung 55). Abbildung 55: Formgebung rotationssymmetrischer Oberflächen mittels Mehrradienätzen: Vergleich des Zielabtrags und des erreichbaren Abtrags beim Ionenstrahlätzen mit einem Radius (oben) und zwei Radien (unten) [Fros19]. Quelle: S. Goersch, A. Nickel, C. Alvermann, F. Frost (IOM). 3.4 Fazit Das IOM ist im Bereich der Entwicklung und Anwendung von Ionenstrahlquellen sehr gut aufgestellt und besitzt eine unikale Stellung, sowohl im nationalen als auch im internationalen Vergleich. Die Mitarbeiter haben Expertisen entwickelt, deren Breite und Tiefe seines Gleichen suchen. Und das Institut präsentiert sich als ein geschätzter Partner für Universitäten, Forschungseinrichtungen und industrielle Anwender aus … von Breitstrahlionenquellen in Leipzig

70 3 Arbeiten am Leibniz‐Institut für Oberflächenmodifizierung den Bereichen Anlagenbau für die Dünnschicht‐ und Oberflächentechnik beziehungsweise optischer Technologien. Ionenstrahlanlagen und Ionenstrahlquellen. Das wiedererstarkte Allgemein ist zu beobachten, dass Ionenstrahltechnologien in den letzten Jahren wieder stark an Bedeutung gewonnenen haben. Ein deutliches Zeichen dafür sind die gestiegenen Verkaufszahlen der Hersteller von liegt insbesondere daran, dass das Ionenstrahlätzen und die Schichtabscheidung mittels Ionenstrahlzerstäuben im Vergleich zu anderen Technologien große Vorteile bezüglich Qualität und Variabilität bieten. In der Vergangenheit wurden im allgemeinen andere Verfahren genutzt, da diese zeitsparender oder kostengünstiger als die Ionenstrahlverfahren sind. Aufgrund der gestiegenen Anforderungen an die Oberflächen werden Ionenstrahlverfahren jetzt wieder interessant, und die mit ihnen erzielbare bessere Qualität rechtfertigt die höheren Kosten – insbesondere bei Nischenanwendungen im Bereich der Hochtechnologien, wo es keine konkurrenzfähigen Fertigungsverfahren gibt. Interesse Zum Abschluss noch einige wohlwollende Empfehlungen des ehemaligen Institutsdirektors, Prof. Bigl, für die zukünftigen Arbeiten am IOM: [Bigl02]: "Geben sie der angewandten Forschung weiterhin Vorrang und fühlen sie sich wie bisher auch für die Ergebnisüberführung verantwortlich. Sorgen sie für ausreichend Drittmittel und unterstützen sie KMU’s [Anmerkung: klein‐ und mittelständige Unternehmen], speziell Ausgründer, mit allen Kräften. Grundlagenforschung auf Spezialgebieten ist unverzichtbar – aber vermeiden sie dabei die Konkurrenz zu Hochschulen. Sie brauchen in Zukunft gut ausgebildete Diplomanden beziehungsweise Doktoranden und Nachschub an Ideen mehr denn je und sollten daher auch die technisch‐technologische Unterstützung von Unigruppen weiterhin großzügig handhaben. stärken Bewahren und sie ein deutschland‐ und europaweit eigenständiges, unverwechselbares Profil des Instituts. Erhalten sie ihre relativ große äußere Unabhängigkeit und die niedrige Leitungs‐Hierarchie im Innern. Und ein letzter, zugegeben etwas ungewöhnlicher Rat: Gehen Sie an die Grenzen des Erlaubten, wenn dies der Realisierung als nützlich erkannter Ziele dient. Wie die Vergangenheit gezeigt hat, hinken Vorschriften der Fördermittelgeber oft den praktischen Erfordernissen einer dynamischen Entwicklung hinterher oder sind nicht immer kompatibel. In Zweifelsfällen ist noch immer erlaubt, was nicht ausdrücklich verboten ist." Mit anderen Worten: Die Zukunft kann kommen. Das IOM ist gewappnet. 3.5 Literaturverzeichnis [Bigl02] F. Bigl, Forschung nach der Wende, Journal der Wissenschaftsgemeinschaft Gottfried Wilhelm Leibniz, 01/2002, 6. C. Bundesmann, Zur Geschichte der Entwicklung und Anwendung …

3.5 Literaturverzeichnis 71 [Bund16] [Bund18] [Chas03] [Faeh15] [Finz19a] C. Bundesmann, C. Eichhorn, F. Scholze, et al., An advanced electric propulsion diagnostic (AEPD) platform for in‐situ characterization of electric propulsion thrusters and ion beam sources, Eur. Phys. J. D 70 (2016) 217. DOI: 10.1140/epjd/e2016‐70236‐0 C. Bundesmann, H. Neumann, Tutorial: The Systematics of Ion Beam Sputtering for Deposition of Thin 231102. Films Properties, (2018) Phys. Appl. 124 J. with Tailored DOI: 10.1063/1.5054046 T. Chassé, H. Neumann, B. Ocker, et al., Mo/Si‐Multilayers for EUV‐Lithography by Ion Beam Assisted Deposition, Vacuum 71 (2003) 407. DOI: 10.1016/S0042‐207X(02)00768‐6 O. Faehnle, F. Zygalsky, E. Langenbach, et al., Fabrication and qualification of roughness reference samples for industrial testing of surface roughness levels below 0.5 nm Sq, SPIE Conference on Optical manufacturing and testing XI, San Diego, 09.‐11.08. (2015). DOI: 10.1117/12.2189790. A. Finzel, F. Koch, G. Dornberg, et al., Reactive ion beam etching of highly dispersive, high‐efficiency transmission 092614, gratings (2019) range, Opt. Eng. the VIS for 58 DOI: 10.1117/1.OE.58.9.092614. [Finz19b] A. Finzel, G. Dornberg, S. Görsch, et al., Realization of depth reference samples with surfaces amplitudes between 0.1 nm and 5 nm, EPJ Web. Conf. EOS Optical Technologies 215 (2019) 03004. DOI: 10.1051/epjconf/201921503004. [Fros09] F. Frost, R. Fechner, B. Ziberi, et al., Topical Review ‐ Large area smoothing of surfaces by ion bombardment: fundamentals and applications, J. Phys.: Condens. Matter 21 (2009) 224026. DOI: 10.1088/0953‐8984/21/22/224026 [Fros19] F. Frost, A. Nickel, S. Görsch, C. Alvermann, Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung eines gewünschten Internationale Patentanmeldung WO 2029/121268 A1 rotationssymmetrischen Oberflächenprofils, [Neum07] H. Neumann, M. Tartz, F. Scholze, at al., Broad beam ion sources for electrostatic space propulsion and surface modification processes: From roots to present applications, Contrib. Plasma Phys. 47 (2007) 487. DOI: 10.1002/ctpp.200710063 [Schu05] [Tart01] [Tart11] [Zibe09] E. Schubert, T. Höche, F. Frost, et al., Nanostructure fabrication by glancing angle ion beam assisted deposition of silicon, Appl. Phys. A 81, (2005) 481. DOI: 10.1007/s00339‐005‐3270‐9 M. Tartz, R. Deltschew, E. Hartmann, et al., Effect of the plasma inhomogeneity on grid performance, Surf. Coat. Technol. 142‐144 (2001) 34. DOI: 10.1016/S0257‐8972(01)01218‐X M. Tartz, T. Heyn, C. Bundesmann, et al., Sputter yields of Mo, Ti, W, Al, Ag under Xenon ion incidence, Eur. Phys. J. D 61 (2011) 587. DOI: 10.1140/epjd/e2010‐10553‐8 B. Ziberi, M. Cornejo, F. Frost, et al., Highly ordered nanopatterns on Ge and Si surfaces by ion beam sputtering, J. Phys.: Condens. Matter 21 (2009) 224003. DOI: 10.1088/0953‐8984/21/22/224003 … von Breitstrahlionenquellen in Leipzig

4 Protagonisten Viele Kolleginnen und Kollegen haben zu den Erfolgen auf dem Gebiet der Ionenstrahltechnik beigetragen. Stellvertretend sollen vier Protagonisten vorgestellt werden. in Isotope (ISI) 1934. Leipzig. Bigl, Frieder Jahrgang Lehramtsstudium Mathematik/Physik und später Physik‐ Ergänzungsstudium Lehrer‐ tätigkeit und anschließend ab 1960 Mitarbeiter am Institut für physikalische Stofftrennung, dem späteren Institut für stabile in der Abteilung Massenspektrometrie. Ab 1967 Leiter der Abteilung Elektromagnetische Isotopen‐ trennung am ISI und der daraus hervor‐ gegangenen Arbeitsgruppe/Abteilung Ionenstrahltechnik am Zentralinstitut für Isotopen‐ und Strahlenforschung (ZfI). Promotion A (Dr. rer. nat.) an der KMU Leipzig (1966) und Promotion B (Dr. sc. nat.) an der AdW (1982). Ab 1990 erster gewählter Direktor und Abwicklungsdirektor des ZfI. 1992 Gründungsdirektor des IOM und ab 1994 bis zu seiner Pensionierung Institutsdirektor. Verleihung des Verdienst‐ kreuzes 1. Klasse (2001) in Anerkennung seiner Verdienste " … bei der Neugestaltung von Wissenschaft und Forschung im Freistaat Sachsen und bei deren Einbindung in die föderalen Strukturen der Bundes‐ republik Deutschland". F. Bigl (stehend) und B. Faust am Steuerpult der Implantationsanlage ILU‐4 [Gus69]. Quelle: F. Bigl, B. Faust (ZfI/IOM) Faust, Bernd Jahrgang 1941. Ab 1959 Physiklaborant am Institut für physikalische Stofftrennung. Mitarbeiter der Abteilung Elektromagnetische Isotopentrennung und der Arbeits‐ gruppe/Abteilung Ionenstrahltechnik am ISI und ZfI. Ingenieur‐Studium an der Technischen Hochschule "Otto von Guericke" Magdeburg (1971‐74) und Promotion A (Dr.‐Ing.) an der Technischen Hochschule Leipzig (1985). Hauptarbeitsgebiete: Entwicklung und Optimierung und Vakuumanlagen. Seit 1992 bis zur Pensionierung Mitarbeiter der Arbeitsgruppe Gerätetechnische Grundlagen am IOM. Ionenstrahlquellen von … von Breitstrahlionenquellen in Leipzig

74 Neumann, Horst Jahrgang 1949. Diplom‐Studium der Physik an der Humboldt‐Universität Berlin. Ab 1973 Mitarbeiter am ZfI und seit 1977 Mitarbeiter in der Abteilung Ionenstrahltechnik. Hauptarbeits‐ gebiete: Entwicklung von Ionen‐ strahlquellen Schicht‐ abscheidung. Seit 1992 bis zur Pensionierung Leiter der Arbeits‐ gruppe Gerätetechnische Grundlagen am IOM. und Schindler, Axel Jahrgang 1947. Diplom‐Studium der Physik an der KMU Leipzig. Ab 1973 Mitarbeiter am ZfI in der Abteilung Ionenstrahltechnik. Promotion A (Dr. rer. nat.) an der KMU Leipzig (1974) und Promotion B (Dr. sc. nat.) an der AdW (1990). Hauptarbeits‐ gebiete: Anwendungen des Ionen‐ strahlätzens und Grundlagenunter‐ suchungen Ionen‐Materie‐ Wechselwirkung. Seit 1992 bis zur Pensionierung Leiter der Arbeits‐ gruppe Grundlagen neue Anwendungen am IOM. und zur 4 Protagonisten H. Neumann (vorn) und B. Faust an der Ionenstrahlanlage KTA. Quelle: LVZ vom 27./28.10.1984 A. Schindler an einer Anlage für Quellentests. Quelle: LVZ vom 27./28.10.1984 C. Bundesmann, Zur Geschichte der Entwicklung und Anwendung …

5 Literaturempfehlungen Zu den Arbeiten der Abteilung Ionenstrahltechnik o F. Bigl, Ionenstrahlätzen – Verfahren und Ausrüstungen für die Mikrostrukturierung, Isotopenpraxis 22 (1986) 430. DOI: 10.1080/10256018608623720 o B. Faust, Konzeption einer Ionenstrahlätzanlage und ausgewählte massenspektrometrische In‐ situ‐Messungen beim reaktiven Ionenstrahlätzen, Dissertation A, Technische Hochschule Leipzig, 1985. o T. Hänsel, M. Remer, A. Nickel, A. Schindler, F. Bigl, R. Fechner, T. Freyer, B. Faust, Ionenstrahlpräzisionsbearbeitung in der Optik, ZfI‐Mitteilungen 161 (1990) 25. o W. Helmstreit, F. Bigl, Selektives reaktives Ionenstrahlätzen, Symposium Physikalische Grund‐ lagen zu Bauelementetechnologien der Mikroelektronik, Frankfurt/Oder, 1979, Band 1, 175. o H. Neumann, F. Bigl, B. Faust, K. Winter, Aufbau, Leistungs‐ und Betriebsparameter einer Breitstrahlionenquelle zum Ionenstrahlätzen, Symposium Physikalische Grundlagen zu Bauelementetechnologien der Mikroelektronik, Frankfurt/Oder, 1979, Band 1, 186. o A. Schindler, Ionenstrahlätzen in der Optik und Optoelektronik: Probleme und Anwendungen, Dissertation B, Akademie der Wissenschaften der DDR, Berlin, 1990. o A. Schindler, Oberflächenpräzisionsbearbeitung und Mikrostrukturübertrag in Nanometer‐ genauigkeit mit Hilfe des Ionenstrahlätzens, ZfI‐Mitteilungen 161 (1990) 161. o VEB Hochvakuum Dresden (HVD), Ion Beam Etching Plant ISA 150, Prospekt, 1984. o VEB Hochvakuum Dresden (HVD), Ionenstrahlquellen ISQ 76 und ISQ 150, Prospekt, 1985. o ZfK Rossendorf: Gemeinsame Jahresberichte 1975, 1978‐80, 1982‐84; Annual Reports 1986‐88; Zum Teil verfügbar in der Online‐Bibliothek des HZDR: https://www.hzdr.de/ … von Breitstrahlionenquellen in Leipzig

76 Zu den Akademieinstituten ISI und ZfI 5 Literaturempfehlungen o J. I. Baumbach, A. Schindler, Kurzinformation Zentralinstitut für Isotopen‐ und Strahlenforschung, Leipzig, 1990. o F. Bigl, Forschung nach der Wende, Journal der Wissenschaftsgemeinschaft Gottfried Wilhelm Leibniz, 01/2002, 6. o J. Mühlenpfordt, Das Institut für stabile Isotope, Leipzig, Isotopenpraxis 2 (1966) 113. DOI: 10.1080/10256016608551720 o UFZ, Zur Geschichte eines Industrie‐ und Wissenschaftsstandorts, Passage‐Verlag, Leipzig, 2001. o K. Wetzel, 15 Jahre Zentralinstitut für Isotopen‐ und Strahlenforschung der AdW der DDR – Ein Überblick, Isotopenpraxis 20 (1984) 365. DOI: 10.1080/10256018408623380 o K. Wetzel, H. Hübner, 20 Years Central Institute of Isotope and Radiation Research – A Review of the last 5 Years, Isotopenpraxis 25 (1989) 421. DOI: 10.1080/10256018908624174 o ZfI, Angebotskatalog: Forschungs‐ und Dienstleistungen, Kooperation, Leipzig, 1990. Zur Akademie der Wissenschaften der DDR (AdW) o Bundesminister für Forschung und Technologie (BMFT), Weichenstellung für eine künftige gesamtdeutsche Forschungslandschaft, Pressemitteilung, 03. Juli 1990. Bundesarchiv: BArch‐DF4‐24357 https://deutsche‐einheit‐1990.de/wp‐content/uploads/BArch‐DF4‐24357.pdf o J. Gläser, W. Meske, Anwendungsorientierung von Grundlagenforschung? Erfahrungen der AdW der DDR, Campus Verlag, Frankfurt am Main, 1996. http://www.mpi‐fg‐koeln.mpg.de/pu/mpifg_book/mpifg_bd_25.pdf o R. Mayntz, Deutsche Forschung im Einigungsprozeß: Die Transformation der Akademie der Wissenschaften der DDR 1989 bis 1992, Campus Verlag, Frankfurt am Main, 1994. http://www.mpi‐fg‐koeln.mpg.de/pu/mpifg_book/mpifg_bd_23.pdf o Wissenschaftsrat, Stellungnahmen zu den außeruniversitären Forschungseinrichtungen der ehemaligen Akademie der Wissenschaften der DDR auf dem Gebiet der Physik, Köln, 1992 https://www.wissenschaftsrat.de/download/archiv/B051_5‐92.html Arbeiten am IOM o IOM Tätigkeitsberichte/Jahresberichte: https://www.iom‐leipzig.de/forschung/jahresberichte/ C. Bundesmann, Zur Geschichte der Entwicklung und Anwendung …

Impressum Leibniz‐Institut für Oberflächenmodifizierung e.V. Leibniz Institute of Surface Engineering (IOM) Permoserstr. 15 04318 Leipzig, Germany Vorstand und Direktor Prof. Dr. André Anders Tel.: +49 (0) 341 235 ‐ 2308 Fax: +49 (0) 341 235 ‐ 2313 andre.anders@iom‐leipzig.de www.iom‐leipzig.de Alle Rechte vorbehalten. Reproduktionen bedürfen der Genehmigung des Institutsdirektors. © Leibniz‐Institut für Oberflächenmodifizierung (IOM), Leipzig 2020 Für den Inhalt verantwortlich: Dr. Carsten Bundesmann Layout Inhalt: Dr. Carsten Bundesmann Layout Umschlag: Yvonne Bohne Fotos Umschlag: Mitte: Ionenstrahlquelle BS 100 (©/Foto: B. Faust, F. Bigl) / unten rechts: Ionenstrahlanlage ISA 150 (©/Foto: VEB Hochvakuum Dresden, 1984) Print Fischer Druckmedien OHG | Sestewitzer Straße 18 | 04463 Großpösna