Ladungsabhängigkeit des Bremsvermögens und der Umladungsquerschitte von leichten MeV Schwerionen in ultradünnen DLC Kohlenstofffolien

Die Bremsung von Schwerionen mit MeV-Energien bei Bewegung in Materie hängt von deren Energie und Ladungszustand ab. Nach einer durchlaufenen Strecke von ca. 50 nm stellt sich eine energieabhängige Gleichgewichtsverteilung der Ladungszustände ein. Auf dieser Verteilung der Ladungszustände beruhen die tabellierten Werte für das mittlere Bremsvermögen [1], die bei den ionenstrahlanalytischen Verfahren der Rutherford-Rückstreu-Spektrometrie (Rutherford Backs-cattering Spectrometry - RBS) und der elastischen Rückstreuanalyse (Elastic Recoil Detection Analysis - ERDA) zur Berechnung der Streutiefe eingesetzt werden.
Die Verteilung der Ladungszustände der Ionen nach atomaren Stößen unterscheidet sich von der Gleichgewichtsverteilung. Beim Einsatz höchstauflösender magnetischer oder elektrostati-scher Spektrometer zur Charakterisierung ultradünner Schichten betragen die Weglängen der Ionen in der Probe nur wenige Nanometer. Es wird dabei kein Ladungsgleichgewicht erreicht und zur Auswertung der Messdaten müssen die unterschiedlichen Bremsvermögen und die Um-ladungsquerschnitte der einzelnen Ladungszustände berücksichtigt werden.
Experimentelle Daten für den für die Ionenstrahlanalyse interessanten Energiebereich von we-niger als 30 MeV liegen nach unserem Wissen nicht vor. Aus diesem Grunde wurden Brems-vermögen und Umladungsquerschnitte leichter Schwerionen (Bor, Kohlenstoff, Stickstoff, Sau-erstoff und Fluor) an ultradünnen DLC-Kohlenstofffolien (Diamond Like Carbon) im Energiebe-reich von 3-14 MeV für die unterschiedlichen Ladungszustände untersucht. Dazu wurde eine experimentelle Anordnung mit elektrostatischem Analysator, ähnlich der in [2] beschriebenen, verwendet, bei der zwei DLC-Folien hintereinander angeordnet sind. Die erste Folie mit einer Massenflächendichte von 2,0 bzw. 2,7 µg/cm² dient dabei als Stripperfolie. Die Ionen unter-schiedlicher Ladung haben nach dem Passieren dieser Folie eine identische Energieverteilung. In kurzem Abstand folgt eine ultradünne Targetfolie mit einer Massenflächendichte zwischen 0,5 und 0,9 µg/cm². Dies entspricht einer Dicke von ca. 2,5 bis 4,5 nm. Diese Folie ist ausreichend dünn, um Vielfachumladungen zu vermeiden. Zur Bestimmung der Umladungsquerschnitte wur-de, analog der von A. Blažević et al. beschriebenen Methode [3], das Potential der Stripperfolie um 30 kV gegenüber der Targetfolie angehoben.
Die hier gewonnen Ergebnisse fließen in die Verbesserung der Präzision und Richtigkeit der mit hochauflösender RBS und ERDA produzierten Daten ein.

Referenzen
[1] J.F. Ziegler, Nucl. Instr. and Meth. B 219-220 (2004) 1027. URL: http://www.SRIM.org.
[2] W. Jiang et al, Phys. Rev. B 59 (1999) 226.
[3] A. Blažević et al, Phys. Rev. A 61 (2000) 032901.