Allgemein zu hoch-auflösender Rutherford Rückstreuspektrometrie

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Rutherford-Rückstreu-Spektroskopie
Eine Methode zur Untersuchung dünner Schichten
Die Rutherford-Rückstreu-Spektroskopie (abgekürzt RBS für engl. “Rutherford Backscattering Spectrometry”) ist eine
Methode, mit der man die elementare Zusammensetzung dünner Schichten in die Tiefe verfolgen kann.
He
0,5−2 MeV
Wie funktioniert das?
Detektor
He
He
Probe mit
dünnen
Schichten
a) schwerer Kern:
Helium kommt mit viel
Energie zurück
Detektor
−
b) leichterer Kern:
Helium kommt mit
weniger Energie zurück
• Man beschießt die Probe mit HeliumIonen (Energie ca. 0,5 - 2 MeV)
und misst die Energie, mit der die
Helium-Ionen wieder herauskommen,
nachdem sie in der Probe auf einen
Atomkern getroffen sind.
• Daraus lässt sich rekonstruieren,
welche chemischen Elemente in
welcher Tiefe in der Schicht sind.
Hier in Göttingen können wir die Energie der Helium-Ionen mit einem elektrostatischen Spektrometer messen. Das ist etwa zehn mal so genau wie bei
herkömlichen RBS-Anlagen:
• Dazu werden die Helium-Ionen in einem starken elektrischen Feld auf eine Kreisbahn gelenkt (Bild links).
• Nur die Ionen mit genau der richtigen Energie gelangen durch den Aufbau
hindurch (blaue Bahn), Ionen mit zu viel Energie werden nicht stark genug
abgelenkt (rot), Ionen mit zu geringer Energie werden zu stark abgelenkt (grün).
+
Helium−Ionen, die aus
0 bis 20 kV
der Probe kommen
Detektor
Beispielmessung:
Probe:
Al2O3
Detektor
Au
Gd
Ni
Helium−Ionen
Intensität [willk. Einheit]
1000
rot: gemessenes
Energiespektrum
500 kV Ionen−
Beschleuniger
IONAS
Probe
800
600
2 nm
Die Messmethode ist nach Ernest
Rutherford benannt.
400
200
5 nm
10 nm
0
320
340
360
II. Physikalisches Institut
380
400
420
440
Energie [keV]
Durch Beschuss einer dünnen Goldfolie mit Alphateilchen (Helium-Ionen) und Messung der Energie der
rückgestreuten Teilchen konnte er um 1911 zeigen, dass
Atome aus einem positiven Kern und einer negativen
Elektronenhülle bestehen.
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