Wechselwirkung hochgeladener Ionen mit Oberflächen

Dusiubrg, Essen (2010), 160 S.
Dissertation / Fach: Physik
Fakultät für Physik » Experimentalphysik
Schleberger, Marika (Doktorvater, Betreuerin)
Aumayr, Friedrich (GutachterIn)
Dissertation
Abstract:
Die vorliegende Arbeit befasst sich sowohl mit den Ergebnissen aus Bestrahlungsexperimenten zur Wechselwirkung hochgeladener Ionen mit Oberflächen als auch mit dem Aufbau einer Apparatur für Bestrahlungsexperimente mit hochgeladenen Ionen.
In Bestrahlungsexperimenten an der Beamline IRRSUD am GANIL wurden SrTiO3-Proben unter verschiedenen Einfallswinkeln mit hochgeladenen Ionen bei kinetischen Energien von 92–110 MeV bestrahlt. Nach der Bestrahlung zeigten sich hügelartige Defekte mit einer typischen Höhe von 3–4 nm
und einem Durchmesser der Grundfläche von 30–60 nm. Bei flachen Einfallswinkeln der Ionen gegenüber der Probenoberfläche ( < 6◦) zeigten sich mehrere hügelartige Defekte entlang der Ionentrajektorie mit einer Höhe
von bis zu 6 nm bei einem Durchmesser von ca. 35 nm. Insgesamt können die Hügelketten bis zu über einem Mikrometer lang werden für < 1◦. Eine Erklärung für diese regelmäßige Oberflächenmodifikation durch ein einzelnes
Ion liefert ein geometrisches Modell, welches auf DFT-Berechnungen zur anisotropen Verteilung der Elektronendichte in einer Einheitszelle des SrTiO3
beruht.
In Bestrahlungsexpeimenten an der TU Wien wurden Metall-Isolator-Metall-Dünnschicht-Detektoren mit langsamen (1–12 keV) Arq+-Ionen (q = 2 − 8)bestrahlt. Dabei wurde die interne Elektronenemission im MIM-Detektor gemessen. Dadurch kann die Dissipation der potenziellen und kinetischen Energie getrennt voneinander nachweisen quantifiziert werden. Es ergibt sich daraus, dass die potenzielle Energie ca. 30 mal effektiver zur internen Elektronenemission beiträgt als die kinetische. Durch das Anlegen einer Biasspannung an die beiden Metallschichten wurde die interne Elektronenemission energiedispersiv gemessen. Durch eine Modellrechnung konnte damit die
elektronische Anregung mit einer Elektronentemperatur als Parameter von 10.000–150.000 K quantifiziert werden.
Parallel zu den Experimenten wurde an der Universität Duisburg-Essen am Campus Duisburg eine Beamline aufgebaut, um zukünftig Experimente mit langsamen (Ekin < q · 50 eV) hochgeladenen (bis zu Xe45+) Ionen durchführen zu können. Als Ionenquelle kommt eine Dresden-EBIT zum Einsatz. Um
die Ionen abbremsen zu können, wurde das Konzept eines Ionenfahrstuhls umgesetzt. Die eigentliche Bestrahlung der Proben findet auf einem speziell dafür konstruierten Manipulator statt, der es ermöglicht, die Experimente
mit den MIM-Detektoren weiterzuführen. Das Experiment wird ausgebaut, sodass in Zukunft durch Time-of-Flight-Massenspektroskopie komplementäre Erkenntnisse zur elektronischen Anregung durch Ionenbeschuss gewonnen
werden können.

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