KFSI-Logo

sni-portal

  ISOLDE, CERN PSI  
  HZDR GSI MLL Garching  
Volumenmaterialien

Zur Analyse und die Bearbeitung von Volumenmaterialien bieten nukleare Sonden und Ionenstrahlen vielfache Möglichkeiten. Sie reichen von der Messung von Diffusionskoeffizienten, der Bestimmung von Fremdatomen und Defekten im kristallinen Festkörpern, der Analyse von elektronischen und vibronischen Eigenschaften von Atomen in Halbleitern, Magnetismusstudien bis zur Werkstoffprüfung.

Zur Messung von Selbstdiffusion sind Radiotracer in besonderem Maße geeignet. Ein Beispiel ist die Selbstdiffusion auf dem As-Untergitter in GaAs, einem III-V-Halbleiter von großer technologischer Bedeutung. Es werden Diffusionsdaten gewonnen, die für die Kristallzüchtung und die Herstellung (opto-)elektronischer Bauelemente relevant sind.

Fremdatome bestimmen selbst bei sehr geringen Konzentrationen maßgeblich die optischen und elektronischen Eigenschaften von Festkörpern. Eine besonders hohe Empfindlichkeit und Selektivität bieten die Messmethoden aus dem Bereich der nuklearen Festkörperphysik unter Verwendung von radioaktiven Sondenatomen. Emissions-Channeling ist die Methode der Wahl zur direkten Bestimmung von Fremdatomgitterplätzen. Der Einbau von Fremdatomen auf bestimmte Gitterplätze wird durch das Dotierverfahren selbst, aber auch durch die Diffusion der Fremdatome und die Wechselwirkung mit Gitterdefekten beeinflusst. Daher gewinnt man aus Emissions-Channeling-Messungen für verschiedene Probentemperaturen zusätzliche Informationen über Diffusion und Defektwechselwirkung der Fremdatome.

Entscheidend für neue oder verbesserte Anwendungen von Halbleitermaterialien - wie höhere Integration von Schaltelementen, neue opto-elektronische Anwendungen - sind die elektrischen und optischen Eigenschaften des Halbleitermaterials, die durch die absichtlich oder unabsichtlich im Material vorhandenen Dotierstoffe und Defekte bestimmt werden. Herkömmliche Methoden haben oft Schwierigkeiten, die chemische Natur des von ihnen beobachteten Defekts zu identifizieren. Hier kann der radioaktive Zerfall helfen. Ersetzt man einen Dotierstoff durch ein radioaktives Isotop des gleichen Elements, das sich durch einen β-Zerfall in ein anderes Element umwandelt, so nimmt im Laufe der Zeit die Konzentration des beobachteten Defekts ab und gleichzeitig entsteht ein neuer Defekt. Diese Änderung der Konzentration spiegelt sich in einer zeitlichen Änderung der für diese Defekte beobachteten PL- oder DLTS-Signale wider.

Myonen-Spin-Rotations- und Relaxations- (μSR) Experimente haben bereits wichtige Beitrage zum besseren Verstandnis des Vortex-Zustands, der superfluiden Dichte und dem komplexen Zusammenspiel von Supraleitung und Magnetismus in den Hochtemperatur-Supraleitern des Typs YBCO geliefert. Bis vor kurzem war jedoch die μSR-Methode nur auf mm-dicke Proben beschrankt. Mit der LE- μSR (low energy μSR) lassen sich nun auch Schichten im Nanometerbereich studieren.

Als eine etablierte Methode zur Untersuchung verschiedenster Werkstoffgruppen ermöglicht die Positronenspektroskopie in Werkstoffen den hochsensitiven, zerstörungsfreien Nachweis von Defekten im ppm-Bereich. Das Antiteilchen des Elektrons, das Positron, wird dabei als Sondenteilchen in den Werkstoff implantiert. Es diffundiert durch das Kristallgitter und wird von Leerstellen oder Fehlstellen eingefangen, bis es mit einem Elektron des Materials zu Gammastrahlung zerfällt.
Quelle: Erforschung kondensierter Materie mit nuklearen Sonden und Ionenstrahlen an Großforschungsanlagen in Deutschland - Status und Perspektiven

















> Was ist Forschung mit nuklearen Sonden und Ionenstrahlen?
nukleare Sonden
Ionenstrahlen
> Forschungsfelder
Volumenmaterialien
Dünne Schichten
Oberflächen und Grenzflächen
Ionenspuren
Nanostrukturen
> Anwendungsbeispiele
Physik
Chemie
Materialwissenschaften
Biologie
Medizin
Geowissenschaften
Archäologie
Kunstgeschichte