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Ionenstrahlen
Mit Ionenstrahlen sind in der Regel stabile Ionenstrahlen gemeint, die Beschleuniger mit Großgerätestatus erfordern.

Stabile Ionenstrahlen können auch für die Erzeugung von Kernreaktionen mit nachfolgender Rückstoßimplantation für Experimente mit nuklearen Sonden eingesetzt werden.

Die Erforschung kondensierter Materie mit stabilen Ionenstrahlen kann grob in zwei Gruppen unterteilt werden:
  • Analytik mit einer breiten Palette von Methoden wie z.B. Rutherford Backscattering Spectrometry (RBS), Particle Induced X-Ray Emission (PIXE), Particle Induced Gamma-Ray Emission (PIGE), Sekundärelektronen- Imaging, Ionoluminiszenz, Ion Beam Induced Charge Collection (IBICC) in Halbleitern, Elastic Recoil Detection Analysis (ERDA), Scanning Transmission Ion Microscopy (STIM), Scanning Transmission Ion Micro- Tomography (STIM-T), Channeling etc. mit Breitstrahlen bzw. fokussierten Mikrostrahlen
  • Bearbeitung / Modifizierung von Materialien wie z.B. Halbleitern, mit breit gestreuten Anwendungen in den Materialwissenschaften bis hin zu den Lebenswissenschaften. Beispiele sind maskenlose Lithographie, Ionenstrahlmischen, Amorphisierung, die Erzeugung vergrabener Schichten, die Ausnützung von Ionenspuren etc., die Erzeugung von Nanostrukturen bis hin zu strahlenbiologischen Fragestellungen und zur Tumortherapie.
Viele Ionenstrahlanalyseverfahren sind in ihren Möglichkeiten bisher von keiner anderen Analysetechnik erreicht worden. Gleichzeitig werden die analytischen Verfahren fortlaufend verbessert hinsichtlich verschiedener Parameter, wie z.B. niedrigerer Nachweisgrenzen, besserer geometrischer Auflösung und der Erweiterung auf die Untersuchung neuer Materialklassen, wie z.B. der Untersuchung ultra-dünner dielektrischer Schichten von 1 bis 5 nm Dicke, die im Rahmen von MOSFET-Technologie von Bedeutung sind. Diese Verbesserungen werden erreicht durch die Nutzung neuer scharfer Kernresonanzen, den Einsatz von Flugzeitmessungen, die Entwicklung neuer magnetischer oder elektrostatischer Detektoren sowie die Verfügbarkeit von hochenergetischen schweren Ionen. Von besonderer Bedeutung ist in diesem Kontext die Entwicklung von bis auf 100 nm hinab fokussierten MeV-Ionenstrahlen für Mikrosonden.

Der atemberaubende Fortschritt in Bereichen wie Computern, Kommunikation und der Nanofabrikation von Materialien ist eng verbunden mit der Fähigkeit, Strukturen mit immer kleineren Abmessungen zu beherrschen. Nachdem die Lithographie unter Verwendung von Licht oder Elektronen langsam ihre Grenzen erreicht, besteht die Hoffnung, dass Ionenstrahlen eine zunehmende Rolle bei der Herstellung feinerer Strukturen im Bereich von 10 bis 100 nm spielen werden, die für die nächste Generation hoch integrierter Technologie benötigt werden. Im Bereich der mesoskopischen Systeme, d.h. dem Bereich zwischen einzelnen Atomen mit ihren diskreten elektronischen Energiezuständen und dem dreidimensionalen Kristall mit seinen kontinuierlichen Energiebändern, wird angestrebt, Bandlücken nicht mehr durch die Dotierung mit Fremdatomen sondern durch das Aufbringen geometrischer Nanostrukturen zu modifizieren (bandgap engineering).

Für die Entwicklung moderner Technologien muss die Herstellung und Analyse neuer Materialien Hand in Hand erfolgen. Ein Grossteil der Entwicklung neuer analytischer Techniken im Bereich der kernphysikalischen Methoden erfolgt im Bereich der Grundlagenforschung und ist in vielen Fällen an den Großforschungsgeräten angesiedelt. Die wachsende Zahl neuer analytischer Methoden ist besonders augenfällig im Bereich der Neutronenstreuung und Synchrotronstrahlung, die exklusiv an Großforschungseinrichtungen durchgeführt werden.

Gleichzeitig besteht aufgrund der raschen Entwicklungen im Bereich der Elektronik, Photonik und der Nanostrukturierung von Materialien sowie deren wechselseitige Integration ein hoher Bedarf am Einsatz nuklearer Sonden und Ionenstrahlen, die in der Lage sind, lokale Informationen beginnend von atomaren Abständen bis hin zu Mikrometern zu liefern. Entwicklungen und Technologien, die auf kontrollierter Dotierung im Submikronbereich beruhen, dünne Schichten sowie Mikro- und Nanostrukturen, finden in den Resultaten, wie sie mit nuklearen Sonden und Ionenstrahlen geliefert werden können, reichhaltige Informationsquellen.

Abschließend sei festgestellt, dass alle hier skizzierten Entwicklungen im Bereich der Forschung mit nuklearen Sonden und Ionenstrahlen eng an die Verfügbarkeit von hoch-intensiven Ionenstrahlen hoher Energie und einer Vielzahl von Ionensorten geknüpft sind, wie sie nur an Teilchenbeschleunigern der Großforschungseinrichtungen bereit gestellt werden können.
> Was ist Forschung mit nuklearen Sonden und Ionenstrahlen?
nukleare Sonden
Ionenstrahlen
> Forschungsfelder
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Dünne Schichten
Oberflächen und Grenzflächen
Ionenspuren
Nanostrukturen
> Anwendungsbeispiele
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