Aufbau eines Detektorteleskops für ERDA-Messungen und erste Anwendungen auf dünne Schichten

Die Materialanalyse mit der ERDA-Methode bedarf eines leistungsstarken Ionenbeschleunigers, der sich durch eine gute Strahlqualitat auszeichnet. Um eine zuverlassige Elementtrennung fur ein moglichst gro es Massenspektrum zu gewahrleisten, mu ein Schwerionenstrahl mit einer Energie von mehr als 1MeV=A zur Verfugung stehen. Da anhand der Messungen die Tiefenpro lkonzentrationen bestimmt werden sollen, sind auch an den Fokussierungsgrad des Strahls hohe Anforderungen gestellt. Der Tandembeschleuniger der Universitat Koln bietet sich als das geeignete Instrumentarium fur die Materialanalyse mit schweren Ionen an. Seit Jahren existiert dort ein Me platz, an dem unsere Arbeitsgruppe regelmassig kernspektroskopische Experimente durchfuhrt. Die ERDA-Detektorapparatur sollte an diesem Strahlplatz so ausgelegt werden, da man in der Lage ist, mit derselben Elektronik und demselben Datenaufnahmesystem die Materialanalysen zwischendurch wahrend anderer Experimente aufzunehmen 5 . Der Strahlplatz be ndet sich am Ende des 0 Strahlrohrs vom Tandembeschleuniger. Die Vakuumkammer fur ERDA-Messungen ist in Strahlrichtung direkt vor dem kernspektroskopischen Me platz aufgestellt. In das Strahlrohr, wenige Zentimeter vor der Versuchskammer, wurde eine Blende mit dem Durchmesser von 2 mm eingefuhrt. Das Kammervakuum betragt wahrend der Messungen typischerweise 2 10;6 mbar. Der Strahlstrom wird mit einem in der Kammer be ndlichen Faraday-Cup gemessen. [...]

Nach Stoquert 2] setzt sich die Energieverschmierung aus folgenden Beitragen zusammen: (1) die Schwankung der Einschu energie - E0 (2) die intrinsische Detektorau osung - Ei (3) die Energieverschmierung - Ed aufgrund der endlichen Detektorwinkelakzeptanz (4) (1) Weglangenunterschiede der Projektile und Ejektile im Target und der Ejektile im Zahlgas, die infolge der lateralen Aufstreuung entstehen (2) die Energieverschmierung aufgrund der Kleinwinkelstreuung im Target - E bzw. - E (5) die Energieverluststreuung im Target und im Eintrittsfenster - EB (6) die Ober achenrauhigkeit der Probe (7) Die Energieunsicherheit aufgrund der Strahl eckausdehnung auf der Probe Es Die totale Energieau osung kann nun als eine Summe der Quadrate dargestellt werden: [...]

Das E -Signal eines E-E-Detektorteleskops wird im zweiten Detektor erzeugt, in dem die Rucksto ionen ihre nach dem Durch ug durch die Ionisationskammer hinterbliebene Energie deponieren. Aus den im Kapitel 2 diskutierten Grunden wurde im Rahmen dieser Arbeit ein Halbleiterdetektor zur Energiemessung eingesetzt 2. Si-Halbleiterdetektoren arbeiten ahnlich wie eine Ionisationskammer. Ein durch iegendes Ion erzeugt eine Spur von geladenen Teilchen, die durch die entgegengesetzt geladenen Elektroden getrennt werden. Fur die Erzeugung eines Ladungstrager-Paares wird eine Energie von ca. 3.6 eV benotigt. Bei gleicher Energie des ionisierenden Teilchens konnen deshalb 10 mal so viele Ladungstrager erzeugt werden wie in einer Ionisationskammer. Dadurch wird die Au osung wesentlich besser. Das hier beschriebene Detektorteleskop besitzt einen ionenimplantierten SiDetektor. Dieser besteht aus einem n-leitenden Si-Grundmaterial, in welches eine p-leitende Bor-Schicht implantiert wurde. An der Eintrittsseite wird zusatzlich eine dunne Kontaktschicht aus Gold aufgedampft. Am p-n [...]