Kontakt

Dr. Stefan Facsko

Lei­ter des Ionen­strahl­zentrums
s.facskoAthzdr.de
Tel.: +49 351 260 2987

Abteilung Ionenstrahlzentrum

Die Abteilung Ionenstrahlzentrum befasst sich mit der Modifikation und Analyse von Festkörperoberflächen unter Nutzung von Ionen in einem weiten Energiebereich (eV bis MeV). Die Abteilung sichert den Betrieb und die methodische Entwicklung einer Vielzahl von Ionenstrahl- und Plasmaverfahren. Die Nutzung der Anlagen für die Materialforschung erfolgt in enger Zusammenarbeit mit den anderen Institutsabteilungen. Zur umfassenden Materialcharakterisierung werden neben der Ionenstrahlanalytik auch die Elektronenmikroskopie (TEM, REM, Cross-Beam-Anlagen) sowie röntgenbasierte Analysetechniken zur Strukturaufklärung eingesetzt. F&E-Arbeiten zur Anwendung ioneninduzierter Effekte oder Strukturen für opto- und nanoelektronischen Bauelemente können in einem Klasse 100 Reinraum durchgeführt werden.


Nutzerangebot

Foto: Der 6-Megavolt-Beschleuniger im Ionenstrahlzentrum des HZDR ©Copyright: HZDR

Nutzerangebot Ionen­strahl­zentrum IBC

Das Ionenstrahlzentrum vermittelt seine wissenschaftlich-technischen Kenntnisse an Partner aus Forschung und Industrie. Es stellt seine Anlagen zur Ionenimplantation, zur ionen- und plasmagestützten Schichtabscheidung und zur Ionenstrahlanalytik auch externen Messgästen zur Verfügung.
Leiter: Dr. Stefan Facsko

Projektgruppen

Foto: Ionenimplanter im Ionenstrahlzentrum ©Copyright: HZDR / O. Killig

Ionen­implantation und -modifikation von Festkörpern

Die Arbeitsgruppe Ionenimplanter stellt Anlagen für die ionenstrahlinduzierte Modifikation von Festkörpern in einem Energiebereich von 100 eV bis 1 MeV zur Verfügung. Dabei können Oberflächen bis zu einem Durchmesser von 200mm bestrahlt werden. Die Ionenimplantation dient grundlegenden und anwendungsorientierten Untersuchungen zur Modifizierung oberflächensensitiver Eigenschaften sowie der Dotierung und Nanostrukturierung im Halbleiterbereich.

Gruppenleitung: Ulrich Kentsch
Foto: 6 MV Beschleuniger IBC ©Copyright: HZDR / A. Wirsig

Ionen­strahlbeschleuniger

Hochenergetische Ionenstrahlen können als feine Instrumente zur Materialanalyse und zur Modifizierung von elektrischen, optischen, magnetischen und anderen Eigenschaften der Materialien im mikroskopischen sowie in makroskopischen Maßstab verwendet werden. Die Haupttätigkeit der Gruppe von Ionenbeschleunigern ist der Betrieb und Entwicklung von Ionenstrahlsystemen zur Materialanalyse und zur Materialmodifikation sowie wissenschaftlich-technische Unterstützung neuartiger Experimente mit Ionenstrahlen (Entwicklung neuer ionenoptischer Elemente für Laserbeschleuniger und neuer Methoden der Ionenimplantation, Experimente mit Ionenstrahlen für Kernphysik usw.)

Gruppenleitung: Dr. Shavkat Akhmadaliev
Foto: Browne-Buechner-Spektometer_ausschnitt ©Copyright: HZDR

Ionen­strahlanalytik

Die Arbeitsgruppe Ionenstrahlanalytik befasst sich mit der zerstörungsfreien, quantitativen Elementanalyse von Oberflächen und Grenzflächen mittels Ionenstrahlen. Dabei kommen verschieden moderne Ionenstrahltechniken zum Einsatz welche höchste Tiefenauflösung (nm), kleinste Strukturgrößen (50nm) sowie niedrigste Nachweisgrenzen (ppm) erlauben. Teilweise sind diese Techniken in multifunktionalen Experimentaufbauen an komplementäre Strukturanalyse sowie Probenpräparation-Techniken gekoppelt.
  • Rutherford-Rückstreuung (RBS)
  • Rückstoßatom-Spektrometrie (ERDA)
  • Nukleare Resonanzreaktions-Analytik (NRA)
  • Protonen-induzierte Röntgen- und Gammaspektroskopie (PIXE / PIGE)
  • Beschleuniger-Massenspektrometrie (AMS) - in Kooperation HIF
Gruppenleitung: Dr. René Heller
Foto: TEM FWIS ©Copyright: Dr. Arndt Mücklich

Strukturanalytik

Die Gruppe Strukturanalytik befasst sich mit der Analyse der strukturellen, morphologischen und chemischen Eigenschaften von nanostrukturierten Materialien, insbesondere von (ionenmodifizierten) Festkörperoberflächen und dünnen Schichten. Zum Einsatz kommen analytische Verfahren, die die Wechselwirkung von Elektronen und Röntgenstrahlen mit den Nanomaterialien nutzen.
  • Röntgendiffraktion / Reflektometrie / Kleinwinkelstreuung (XRD / XRR / GISAXS)
  • Analytische Transmissions- und Rasterelektronenmikroskopie (TEM / REM)
  • Analytik mit Zweistrahl-Anlagen (Ionen/Elektronen)
Gruppenleitung: Dr. René Hübner
Foto: HZDR Logo im Fliegenauge ©Copyright: Dr. Roman Böttger

Ionen­induzierte Nano­struk­turen

Die Arbeitsgruppe Ioneninduzierte Nanostrukturen beschäftigt sich mit der Wechselwirkung von niederenergetischen Ionen mit verschiedenen Ladungszuständen mit Materialien. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der kontrollierten Modifikation der Materialoberfläche auf der nanometer Skala. Die gewünschte Veränderung kann dabei durch entfernen von einzelnen Atomen, ionenstrahlbasiertes Mischen der oberflächennahen Region oder das einbringen von Gastatomen und Defekten erfolgen. Wir verwenden dafür ein Kombination aus klassischer Niederenergie Ionenbestahlung, hochgeladenen Ionenstrahlen (HCI), fokussierten Flüssigmetalllegierungsquellen Ionenstrahlen (LMAIS FIB) und Helium Ionenmikroskopie (HIM).

Gruppenleitung:Dr. G. Hlawacek
Foto: FWIZ-P Lithography ©Copyright: Dr. Ciaran Fowley

Prozess­techno­logie und Devices

Ziel unserer Arbeiten ist die Entwicklung von neuartigen (opto-)elektronische Bauteilen, die auf Materialien beruhen, die am Institut für Ionenstrahlphysik und Materialforschung entwickelt wurden. Die Integration der Materialien, die teilweise durch Ionenbestrahlung modifiziert wurden, in elektronische Schaltreise wird in einem Reinraum der Klasse 100 (ISO 5) mit in der Halbleiterindustrie üblichen Prozessen durchgeführt. Ein wichtiger Aspekt ist dabei die Verbindung mit Prozessen zur Herstellung von nanoelektronischen Bauteilen, die in den Nanostrukturlaboren des Instituts für Ionenstrahlphysik und Materialforschung durchgeführt wird. Das Spektrum der Materialien reicht von organischen Molekülen über 2-dimensionale Halbleiter bis hin zu traditionellen Halbleitermaterialien wie Si, Ge, oder III-V Materialien.

Gruppenleitung: Dr. A. Erbe

Atomistische Simulation ionen­induzier­ter Phänomene

Die Gruppe beschäftigt sich mit der Multiskalenmodellierung von Materialien, speziell Nanosystemen, mittels atomistischer Simulationen. Berechnungen zu mechanischen, magnetischen und opto-elektronischen Materialeigenschaften werden dabei mit unterschiedlichem Detailgrad durchgeführt -- von kinetischen Monte Carlo Simulationen, über Molekulardynamik mittels empirischer Potentiale bis zu zeitabhängiger Dichtefunkionaltheorie. Der Fokus liegt hierbei auf der Untersuchung der Effekte von Ionen- und Elektronstrahlung auf Festkörper.

Gruppenleitung: Dr. A. Krasheninnikov

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Dr. Stefan Facsko

Lei­ter des Ionen­strahl­zentrums
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