Einzelionenimplantation

Am Ionenstrahlzentrum werden normalerweise hochenergetische Ionen genutzt um sie zufällig in Materialoberflächen zu implantieren und deren Eigenschaften zu verändern. In diesem speziellen Forschungsthema werden jedoch wenige Ionen, speziell hochgeladene Ionen, abgebremst um sie kontrolliert auf Oberflächen mit Nanometergenauigkeit zu implantieren.

Die kontrollierte Bestrahlung von Oberflächen mit hochgeladenen Ionen hat dabei außerordentliches Potential um Antworten zu neuen wissenschaftlichen Fragen in grundlegender und angewandter Forschung zu geben. Zum Beispiel ist es möglich durch die genau Platzierung von individuellen Ionen in wohldefinierter Geometrie den Grundbaustein von Quantencomputer zu realisieren. Weiterhin ist die gezielte Bestrahlung von bestehenden Nanostrukturen ein neues Forschungsfeld um deren physikalischen Eigenschaften zu verändern.  

Für diese Zwecke, haben wir eine Anlage mit dem Namen SNIPER (Surface Nanostructures Induced by Potential Energy Release) konzipiert und in Betrieb genommen. Hier wird ein Ionenstrahl mit einem Durchmesser von ungefähr 1 mm erzeugt und anschließend fokussiert auf die Oberfläche geleitet. Auch die Abbremsung auf die nötigen niedrigen Energien von einigen zehn eV Pro Ladung wurden schon erreicht. Der nächste Schritt ist nun die Fokussierung und Eingrenzung des Ionenstrahl zu einzelnen Ionen und deren präzise Positionierung. Hierzu werden wir durch eine Kombination aus einer Glaskapillare und einer veränderten Spitze eines Rasterkraftmikroskops. Ein Prototyp einer solchen AFM Spitze wurde schon mit Hilfe eines fokussierten Ionenstrahls am Ionenstrahlzentrum hergestellt.

Schema des Aufbaus für die Einzelionenimplantation durch ein Loch in einer Spitze eines Rasterkraftmikroskops	Loch in einem Kantilever für die präzise Implantation von einzelnen hochgeladenen Ionen, das mittels eines fokussierten Ionenstrahls gemacht wurde (aus J. Meijer, T. Vogel, B. Burchard, I.W. Rangelow, L. Bischoff, J. Wrachtrup, M. Domhan, F. Jelezko, W. Schnitzler, S.A. Schulz, K. Singer, and F. Schmidt-Kaler, Appl. Phys. A 83, 321 (2006)).