Die in-situ Strahlanlage SNIPER

Bei der Erzeugung von Nanostrukturen auf Oberflächen spielt immer die Frage nach dem Einfluss der Atmosphäre auf die Ausprägung der Strukturen eine wesentliche Rolle. Um jedoch die Größe und Form der Strukturen genau der Menge an deponierter Energie zuordnen zu können, ist es wichtig die Bestrahlung als auch die Analyse einer Oberfläche unter sehr gut kontrollierten Bedingungen durchzuführen. Dazu ist die Bestrahlungs- und Analyseanlage SNIPER (Surface Nanostructures by Ion’s Potential Energy Release) entworfen und aufgebaut worden. Diese Anlage (Abb. 1) erlaubt es uns hochgeladene Ionen aus einer Elektronenstrahlionenfalle (EBIT) zu extrahieren, abzubremsen und auf eine Oberfläche zu bewegen. Ähnlich wie bei der Zweiquellenanlage besteht auch hier die Möglichkeit den Ionenstrahl bis auf einige 10eV*q abzubremsen. Die Probe befindet sich dabei bereits während der Bestrahlung in einem Rasterkraftmikroskop unter Ultrahochvakuumbedingungen.

Die Tatsache, dass sich die Spitze des Rasterkraftmikroskops während der Bestrahlung im Strahlengang befindet, kann ausgenutzt werden um mit SNIPER Experimente zur Einzelionenimplantation durchzuführen. Die spezielle Geometrie von SNIPER erlaubt es durch die Benutzung einer Spitze mit einem Loch den Ionenstrahl auf einer Oberfläche zu positionieren. Durch die nanometergenaue Positionierung können einzelne Ionen mit der passenden kinetischen Energie sowohl in lateraler als auch in vertikaler Richtung punktgenau in einen Festkörper implantiert werden. Ein solches Experiment würde die gezielte Erzeugung und Untersuchung von sog. Quantenpunkten und Quantenpunktgittern zulassen, welche völlig neue und zum Teil unerwartete Phänomene zeigen. Der prinzipielle Aufbau der Einzelionenimplantation mit einer gelochten AFM-Spitze ist in Abb. 2 gezeigt.

Abb. 1: Die im Vergleich mit der Zweiquellenanlage wesentlich kompaktere SNIPER-Anlage.	Abb. 2: SNIPER-Anlage zur Einzelionenimplantation. Ionen werden rechtes in der EBIT erzeugt (grün) und auf der linken Seite durch die AFM-Spitze hindurch auf der Probenoberfläche positioniert (siehe Vergrößerung).