Bedeutung der Abbildungsschärfe

In den folgenden Bildern wird die Bedeutung der Bildschärfe ionenoptischer Abbildungen anhand von Beispielen erläutert.

Bild 801 zeigt, wie die Ionendosis von Dotierstoffen auf einem Substrat gleichmäßig verteilt wird. Dazu wird der fokussierte Ionenstrahl mittels elektrostatischer Ablenkung über das Substrat gewobbelt (oberer Teil des Bildes). Damit auf dem weißen Teil der Fläche im Bild oben links mit der Breite a eine homogene Dosisverteilung erreicht werden kann, muss der Strahl mindestens um eine Strahlbreite auf den schraffierten Bereich geführt werden.


Dosishomogenisierung 801Homogenisieren der Ionendosis

Vom Gesamtstrom I kann dann nur der Teil i zur Implantation genutzt werden. Ist der Strahl so schlecht fokussiert, dass der Strahldurchmesser B etwa so groß ist wie die Linearausdehnung der Fläche a (s. unten links) wird nur ein zehntel des Ionenstroms zur Im- plantation benutzt. Dieses Beispiel verdeutlicht die Notwendigkeit einer guten Strahlfokussierung. Wie unten rechts skizziert, werden zwei Plattenpaare eingesetzt, um die Dosis homogen auf der Probe zu verteilen.

Im Zusammenhang mit der Skizze oben rechts verdeutlicht das Zahlenbeispiel, dass das Substrat etwa 2.5 m vom Plattenpaar entfernt sein muss, um eine 10 cm breite Fläche mit dem 3-MV Tandetronstrahl zu überstreichen.Die Wobbelspannung beträgt dabei + 6 kV.


Ein weiteres Beispiel für den Einfluss der Strahlfokussierung auf des Ergebnis der Ionenbestrahlung zeigt das Bild 802.

Fokussierung und Beimischungen 802Fokussierung und Beimischungen

Der in den Ablenkmagneten einlaufende Ionenstrahl enthält drei Ionenarten, die als Nachbarpeaks in der Bildebene des Magneten ‚getrennt‘ ankommen. Die Bildfehler der ionenoptischen Elemente in der Strahlführung sowie der Einfluss der Emittanz auf den Strahl führen zu einer Verteilung der Stromdichte der Halbwertsbreite B. Der Abstand der Peaks D ist von der Auslegung des Magneten abhängig und in diesem Beispiel konstant. Soll 11B für die Dotierungung eingesetzt werden, kann im linken Teil des Bildes erkannt werden, welchen Einfluss die Fokussierung auf die störende Beimischung von 12C in der Probe haben kann.


Ionenquelle für radioaktive Isotope 803Ionenquelle für radioaktive Isotope

Aus dem Resultat der elektromagnetischen Trennung der radioaktiven Gadoliniumisotope 146Gd, 149Gd und 153Gd (Bild rechts) läßt sich ablesen, daß hier die Beimischungen des radioaktiven Nachbarisotops weniger als 10-3 betragen. Benutzt wurde die Dubnaer Oberflächenionisationsquelle zur hocheffektiven Trennung radioaktiver, kurzlebiger Seltenerdisotope, in der eine elektronenstoßgeheizte Wolframcavität (Bild links) sowie ein magnetischer Ablenker als  Analysermagnet eingesetzt werden (s. Literaturverzeichnis [BeHePiRaTy1971] ).


Trennschärfe und Wirkung der Rossendorfer Ionenbremse werden in den folgenden Bildern 804, 805 demonstriert.

Das erste Experiment diente der Untersuchung der Rekonstruktion der Elektronenhülle hochgeladener Ionen bei der Annäherung an eine Festkörperoberfläche.

K-alpha-Shift 804Shift der Kα-Linie von Ne9+ bei Annäherung an eine Si-Oberfläche

In diesem Experiment wurde die Röntgenstrahlung untersucht, die neunfach geladene Neonatome bei Annäherung an einen Festkörper aussenden. Links im Bildes sieht man das q/A-Spektrum von Neon nach dem Analysiermagneten sowie am Target (vergl. Bild 104).Die Verschiebung der Energie der Neon-Kα-Linie als Funktion der Geschwindigkeit der Ionen (Bild rechts) illustriert, dass  bei kleiner Projektilgeschwindigkeit tatsächlich die charakteristische Röntgenstrahlung von Ne9+ beobachtet werden kann (s. [TyPreZs 2000] im Literaturverzeichnis.


Mit dem folgende Experiment wurde  quantitative nachgewiesen, dass der Wärmeeintrag von hochgeladenen Argonionen in ein Kupfertarget vom Ladungszustand des Ions abhängt.

Wärmeeintrag 805Wärmeeintrag von hochgeladenen Argonionen in ein Kupfertarget

Im Bild links wird das q/A-Spektrum von Argon gezeigt.  Bestimmt man die Temperaturerhöhung eines Kupfertargets bei Ionenbeschuß in Abhängigkeit von Ladungszustand und kinetischer Energie der Ionen (Bild links), kann der Anteil der potentiellen Energie an diesem Wärmeeintrag gemessen werden. Die potenzielle Energie eines Ions wird durch seinen Ladungszustand bestimmt (s. Literaturverzeichnis [KeTyZsMö2001]).

In beiden Experimenten ist das Ergebnis für jede Teilchenart spezifisch. Die Trennschärfe der Anlage hat daher eine grundlegende Bedeutung.

 
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