Aufbau und Inbetriebnahme einer Koinzidenzmessapperatur für Ionen-induzierte Elektronenemission und Ionenspektroskopie mittels Flugzeitmessung

Abstract

Seit einigen Jahren wird Graphen, einer Monolage aus Kohlenstoffatomen, immer mehr Aufmerksamkeit geschenkt. Graphen weist eine sehr gute elektrische Leitfähigkeit auf, gute thermische Leitfähigkeit und auch gute mechanische Eigenschaften. Aufgrund seiner einzigartigen Eigenschaften ndet Graphen viele Anwendungen bei verschiedensten Experimenten. Der erste Teil der Diplomarbeit beschäftigt sich mit der Wechselwirkung von langsamen Ionen mit einer Monolage aus Graphen. Dafür werden Argonionen mit Ladungszuständen bis zu 14+ und kinetischen Energien bis 84keV verwendet. Dabei kommt es zur Emission von Elektronen, welche in Koinzidenz mit den detektierten Ionen gemessen werden. Bei den bisherigen Messungen wäre es möglich gewesen, dass Elektronen nicht nur von der Vorderseite vom Graphen gemessen werden, sondern auch Elektronen die an der Rückseite emittiert worden sind. Durch Anbringen einer Gegenelektrode wird dies bei diesen Messungen verhindert. Bei den Messungen ist zu beachten, dass je nach Winkel der Probe zum Ionenstrahl, nur ein Teil der Elektronen, die vom Graphen emittiert werden, auch vom Detektor abgesaugt werden können. Durch Variieren des Ladungszustandes, des Winkels und der Geschwindigkeit des Ionenstrahls, kann ein Korrekturfaktor ermittelt werden. Dieser kann mit der Anzahl der gemessenen Elektronen multipliziert werden um die tatsächliche Anzahl der emittierten Elektronen bestimmen zu können. Dies ist wichtig als Referenz für den zweiten Teil der Arbeit. Dieser besteht aus einem ähnlichen Experiment, welches im Rahmen dieser Arbeit von Grund auf aufgebaut wurde. In diesem Experiment können Xenonionen mit Ladungszuständen bis zu 46+ mit kinetischen Energien von 100eV*q bis 12keV*q erreicht werden und es werden ebenfalls Koinzidenzmessungen von emittierten Elektronen und Ionen durchgeführt. Über eine Time-of-Flight-Messung kann die Energie der Ionen nach der Wechselwirkung mit dem Target bestimmt werden. Die Time-of-Flight-Kammer ist dabei um 8 verdrehbar angebracht, wodurch winkelaufgelöste Ladungszustandsspektren gemessen werden können.

In recent years graphen, which consists of a single layer of carbon atoms, gets much attention, due to it's high electric conductivity, high thermal conductivity and good mechanical properties. These unique properties leads to graphen being used in many applications and in di erent experiments. In the rst part of the diploma thesis, the interactions between slow ions and a mono layer of graphen is examined. The slow argon ions can be produced with charge states up to 14+ and kinetic energies up to 84keV. During the interaction, electrons are emitted and measured in coincidence with the transmitted ions. In the previous experiment it would be possible that electrons are measured which not only are emitted from the front side of the graphen but also from the backside. This can be circumvented by using a counter electrode. If the angle between the ion beam and the graphen changes, the e ciency to extract the emitted electrons from the target changes as well. While varying the charge state, the impact angle and the velocity of the ion beam, one can determine a correction factor. Multiplying the number of measured electrons with this correction factor yields the real number of emitted electrons at the graphen target. This correction factor can be used as a reference for the second part of the diploma thesis. The second experiment is similar and was built during this work from scratch. The ion source in the new experiment can produce xenon ions with charge states up to 46+ and kinetic energies between 10eV*q to 12keV*q. Additionally to coincident measurements of the emitted electrons and ions, there is the possibility of a time-of- ight measurement to determine the energy of the ions transmitted through the target. The time-of- ight chamber can be turned by 8 which allows to measure angle dependent charge state spectra.