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Ultradünne Schichten mit Dicken kleiner als 10 nm oder
Schichtstapel mit Einzelschichtdicken im atomaren
Monolagenbereich sind für viele Anwendungen in der
Mikroelektronik, der Optronik oder der Röntgenoptik zunehmend
unverzichtbar. Zur Charakterisierung solcher
Schichten mit physikalischen Analysemethoden ist deshalb
eine Tiefenauflösung notwendig, die im atomaren
Monolagenbereich liegt. Doch auch die Synthese von dünnen Schichten
ist ein wichtige Anwendung von Ionenstrahlen.
Anders als Methoden wie SIMS (Secondary Ion Mass
Specrometry), die mit einem sukzessiven Materialabtrag
verbunden sind, beruhen die ionenstrahlanalytischen
Analyseverfahren RBS (Rutherford Backscattering
Spectrometry) und ERDA (Elastic Recoil Detection Analysis)
auf dem physikalisch einfach zu beschreibenden
elastischen Stoß zweier Atomkerne, nämlich dem eines
auf MeV -Energien beschleunigten Ions und dem eines
Atoms des Festkörpers. Während bei RBS das Energiespektrum
der gestreuten Primärionen gemessen wird, ist
es bei ERDA die Energieverteilung der Rückstoßatome.
Solange die Energien so gewählt werden, dass die Streuung
nur an den Coulomb-Potenzialen der Atomkerne
geschieht, lassen sich die Wirkungsquerschnitte mittels
der Rutherford - Formel genau berechnen und damit
die Ergebnisse einfach quantifizieren. Die einfache und
genaue Quantifizierbarkeit der Ergebnisse von RBS und
ERDA ist eine unikale Eigenschaft dieser analytischen
Techniken und macht sie unverzichtbar im Instrumentarium
der Dünnschichtanalytik.
Schichtwachstum durch Deposition niederenergetischer
Ionen ist sehr gut geeignet um z.B. diamantartige
Schichtmaterialien herzustellen. Werden
beispielsweise Kohlenstoffionen mit 100 eV
Energie deponiert entsteht eine ungeordnete (amorphe),
nahezu transparente Schicht mit einer Härte
nahezu vergleichbar zu der von Diamant. Etwa
80 % der C-Atome in der Schicht weisen dabei diamantartige
chemische Bindungen auf. Durch Deposition
von Bor- und Stickstoffionen entstehen
polykristalline Bornitridschichten mit kubischer Kristallstruktur,
die ebenfalls eine extreme Härte aufweisen.
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Quellen: Erforschung kondensierter Materie mit nuklearen Sonden und Ionenstrahlen an Großforschungsanlagen in Deutschland - Status und Perspektiven /
Physik mit Ionenstrahlen - Innovative Forschung in Deutschland
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