Umladungsprozesse langsamer Ionen an Festkörperoberflächen

Zusammenfassung: Es wurde das Neutralisationsverhalten von He+ Ionen, welche von einer Kupferoberfläche rückgestreut wurden, im Energiebereich von 1 - 10 keV (Niederenergieionenstreuungsbereich (LEIS)) untersucht. Das eigentliche Ziel des Projektes war es, Experimente durchzuführen, mit denen es möglich ist vorherzusagen, welche Neutralisationsmechanismen in diesem Energiebereich beitragen. Die relevante Größe ist in diesem Zusammenhang der Ionenanteil P+ , d.h. der Anteil der Projektile, der die Oberfläche einfach geladen verläßt und auf dem Weg zum Detektor nicht mehr neutralisiert wird, und seine funktionelle Abhängigkeit von verschiedenen Parametern. Mit diesem Projekt haben wir gezeigt, daß es zwei klar voneinander unterscheidbare Energiebereiche gibt, in denen sich P+ in der Anzahl seiner Parameter unterscheidet: Bei Energien unterhalb einer bestimmten Energie (E th ) ist nur ein einziger Neutralisierungsmechanismus aktiv und P+ hängt nur von einem Parameter (der Geschwindigkeitskomponente normal zur Oberfläche v) ab. Bei Energien größer Eth wird die Situation komplizierter. Mehr als ein Mechanismus ist aktiv, was zu einer größeren Anzahl an Parametern führt. Diese Parameter können aber eindeutig bestimmt werden. Ergebnisse: Wir haben systematisch den sogenannten "Oberflächenpeak" untersucht, den man in LEIS Spektren beobachten kann. Dieser Oberflächenpeak wurde zwar in der Literatur mehrfach bereits erwähnt, warum er aber auftritt, wurde bisher nicht erklärt. Wir können nun folgende Erklärung geben: Projektile die an, in der Oberfläche liegenden Atomen rückgestreut werden haben immer einen einfachen Zweierstoß hinter sich, was zu einer sehr engen Energieverteilung der rückgestreuten Projektile führt. Rückstreuung aus der zweiten oder aus tieferen Lagen im LEIS Energiebereich wird mehr (bei niedrigen Energien) oder weniger (bei höheren Energien) von Mehrfachstreuung dominiert, was zu einem breiten Energiekontinuum führt, der der Energieverteilung des Zweierstoßes als Untergrund überlagert ist. Wir haben gezeigt, daß der Ionenanteil P+ eine Funktion von v und nicht von der Geschwindigkeit des Projektils ist. Dazu hat es widersprüchliche Meinungen in der Literatur gegeben. Wir haben weiters gezeigt, daß es zwei Bereiche gibt, in denen sich der Ionenanteil in der Anzahl seiner Parametern unterscheidet. Unterhalb von Eth gibt es nur einen aktiven Neutralisationsmechanismus (die sogenannte Auger-Neutralisation), der durch einen einzigen Parameter charakterisiert werden kann. Diesen Parameter haben wir sehr genau bestimmen können (mit einer Unsicherheit <1%). Bei Energien größer als Eth werden weitere Mechanismen aktiviert (sogenannte stoßinduzierte Neutralisation und Re-ionisation). Dies führt zu einer komplizierteren funktionellen Abhängigkeit des Ionenanteils. Daß wir die funktionelle Abhängigkeit des Ionenanteils von Geschwindigkeit und Geometrie so eindeutig klären konnten, verdanken wir unserer Wahl des Energiebereichs, des Rückstreuwinkels und der Streugeometrie. Unsere Ergebnisse helfen uns, das Problem der Neutralisation von Ionen an Oberflächen besser verstehen zu können. Deshalb wird man LEIS nun besser als bisher als quantitative Oberflächenanalysemethode zur Charakterisierung von z.B. dünnen Funktionsschichten, Beschichtungen, Katalysatoren, usw. einsetzen können.