Flüssigmetallionenquellen

Einleitung

Flüssigmetallionenquellen (Liquid metal ion sources = LMIS) sind Ionenquellen mit sehr hohem Richtstrahlwert und nahezu punktförmiger Emissionsfläche, was sie für die Anwendung in Ionenfeinstrahlanlagen besonders geeignet macht.  Man kann diese Quellen in Kapillar und Nadeltyp-Quellen einteilen. Durch Anlegen eines starken elektrischen Feldes an der Nadelspitze oder an der Kapillare bildet sich ein sogenannter Taylor - Kegel aus von dessen Spitze die Ionenemission erfolgt. Als Quellenmaterial können entweder reine Metalle oder aber auch Legierungen verwendet werden, die sich durch einen niedrigen Dampfdruck sowie einen niedrigen Schmelzpunkt auszeichnen. Häufig verwendet werden Gallium oder eutektische Legierungen.

In Rossendorf werden u.a. folgende Quellen eingesetzt: Ga, Li, AuSi, AuGe, AuGeSi, CoNd, CoGe, ErNi, ErFeNiCr, NiB,GaIn, ....

Herstellung

Das Rossendorfer Ionenfeinstrahllabor verfügt über die Ausrüstung und die Erfahrung zur Entwicklung und Herstellung von Flüssigmetallionenquellen unterschiedlichster  Quellenmaterialien.

Zwei unterschiedliche Quellentypen wurden entwickelt:

1. Direkt geheizte Haarnadel - Wolframemitter
2. Kapillarquellen mit Tantalnadel und indirekter Heizung

Die Wolframnadelspitze wird durch elektro-chemisches Ätzen in NaOH erzeugt. Bei den Tantalnadeln wird eine spezielle mechanische Schleiftechnik angewandt.
Nach einer chemischen Behandlung werden die Nadeln im Vakuum durch Ausheizen gereinigt, danach erfolgt das Benetzen des Emitters mit der Quellensubstanz durch Eintauchen in das geschmolzene Metall (Legierung) und einem weiteren Heizschritt.

Charakterisierung