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Dünne Schichten

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.
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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