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Dr. René Heller
IBA/OSA
r.hellerAthzdr.de
Phone: +49 351 260 - 3617

Dr. Frans Munnik
IBA/OSA
f.munnikAthzdr.de
Phone: +49 351 260 - 2174

Verfügbare Methoden der Ionenstrahlanalytik am Ionenstrahlzentrum

Mittels Ionenstrahlanalytik (ion beam analysis - IBA) können prinzipiell alle Elemente des Periodensystems bestimmt werden. Welche Methode im Einzelfall "die Methode der Wahl" ist ist, hängt dabei immer von der expliziten Fragenstellung ab.

Typische Anwendungsgebiete der Ionenstrahlanalytik sind unter anderem:

  • Halbleitermaterialien
  • Solarzellen
  • Gläser
  • Metalle
  • Sonder- und Verbundwerkstoffe
  • Beschichtungen
  • Biomedizinische Materialien
  • Kunst- und Kulturgut
  • Geologische Proben
  • Archäometrie

Wir beraten Sie gern.


Rutherford-Rückstreu-Spektrometrie (Rutherford-Backscattering-Spectrometry - RBS)

  • Hohe Nachweisempfindlichkeit für schwere Elemente in/auf leichter Matrix
  • Blindheit für leichte Elemente in schwerer Matrix
  • Quantitative und standardfreie Methode mit einer relativen Genauigkeit von < 1%
  • Die Anwendung von “channeling“-Messgeometrien ermöglicht die Messung der Kristallstörungen in einkristallinen Proben

Typische Parameter

  • Analysierbare Elemente: O bis U
  • Nachweisgrenze:
    • < 0,1 Atom-% bis mehrere Atom-% im Volumen
    • 1012 at/cm2  bis 1015 at/ cm2 als Dünnschichten in Abhängigkeit der Elementkombinationen
  • Analysentiefe: ~ Mikrometer
  • Tiefenauflösung: 5-10 nm bei der Anwendung von Standard-Siliziumdetektoren
  • Hochauflösende RBS als Sonderanwendung möglich, die Tiefenauflösung beträgt dann < 1 nm
RBS

Elastische Rückstreuanalyse
(Elastic recoil detection - ERD)

  • Hohe Nachweisempfindlichkeit für leichte Elemente in/auf leichter Matrix
  • Schwere Elemente in leichter Matrix bei gleichzeitiger Detektion der Primärteilchen
  • Quantitative und standardfreie Methode mit einer relativen Genauigkeit von 1%

Typische Parameter

  • Analysierbare Elemente: H, B-S, Cl-U
  • Nachweisgrenze:
    • < 0,1 Atom-% bis >1 Atom-% (bei Anwesenheit von schweren Elementen)
  • Analysentiefe (max.): 0,5 - 0,75 μm
  • Tiefenauflösung: etwa 20 nm
  • Hochauflösende ERD als Sonderanwendung möglich, die Tiefenauflösung beträgt dann < 1 nm
ERD

Kernreaktionsanalyse
(Nuclear reaction analysis - NRA)

  • Selektiver Nachweis von leichten Elementen
  • Isotopensensitive Analysenmethode
  • Spurenelementverteilung ist messbar

Typische Parameter

  • Analysierbare Elemente: H bis F
  • Ortsauflösung (lateral): 1 - 100 mm2
  • Nachweisgrenze:
    0,02 Atom-% bei H
    0,05 Atom-% sonstige Elemente
  • Analysentiefe: bis zu 5 μm (materialabhängig)
  • Tiefenauflösung (für H):
    • ca. 8 nm (in Si),
    • 1 nm (bei streifendem Einfall)
NRA

Teilchen-induzierte Röntgen- und Gamma-Emission
(Particle induced X-Ray and Gamma- Emission - PIXE/PIGE)

  • Zerstörungsfreie/-arme Analyse
  • Messung an Luft oder im Vakuum
  • Simultane Multielement-Analyse

Typische Parameter

  • Analysierbare Elemente: Li bis U
  • Nachweisgrenze:
    • > 0,001 Atom-%
  • Analysentiefe (max.): 0,5 -5 μm
 
PIXE-PIGE

Ionenstrahlmikrosonde
(Microprobe)

  • Laterale Elementverteilungen oder Tiefenprofile im Lateralbereich von einigen Mikrometern mittels PIXE, RBS, RBS/C, ERD, NRA
  • Quantitative und standardfreie Methode mit einer relativen Genauigkeit von 5-10%
 

Typische Parameter

  • Analysierbare Elemente & Analysentiefe: technikabhängig --> s.o.
  • Laterale Auflösung:
    • > 4 x 4 µm2
    • > 30 x 30 µm2 (channeling)
  • Scanfläche: < einige mm2
2D Element-Verteilungen gemessen mit µ-PIXE an einer Probe aus dem Meeressediment
2D-Element-Verteilungen in einer Meeressedimentprobe, gemessen mittels µ-PIXE (3 MeV Protonenstrahl, Strahlgröße 4x7 µm², Gesamtgröße 1x1 mm²). Zu erkennen sind Pyrite (FeS2), teilweise umhüllt von Kalium- und Silizium-Schichten.

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