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CDBS

Koinzidentes Doppler-Verbreiterungsspektrometer

Das an NEPOMUC angeschlossene Koinzidente Doppler-Verbreiterungsspektrometer (CDBS) ermöglicht die Detektion von leerstellenartigen Defekten und deren chemischer Umgebung. Defektverteilungen können in 3D durch Scannen mit dem energievariablen Positronenstrahl abgebildet werden.

Die Doppler-Verbreiterung der 511 keV Annihilationslinie enthält Informationen über die Elektronenimpulsverteilung am Ort der Positronenannihilation. Da in offenvolumigen Defekten die Wahrscheinlichkeit der Zerstrahlung von kernnahen Elektronen geringer als im defektfreien Gitter ist, wird dort eine schmalere Annihilationslinie als im ungestörten Kristall gemessen. Aus diesem Grund lassen sich mit DBS in Verbindung mit dem monoenergetischen Positronenstrahl Defektprofile, energieabhängige 2D-Abbildungen von Defektverteilungen und das Ausheilen von Defekten als Funktion der Temperatur untersuchen. Zusätzlich wird CDBS angewendet, um Elementinformationen am Ort der Positronenannihilation zu sammeln und damit die chemische Umgebung der Defekte zu bestimmen.

Das CDBS kann auch mit Positronen von einer 22Na Quelle betrieben werden, womit auch ohne Positronenstrahl von NEPOMUC zwar eingeschränkte Messungen, aber insbesondere im Bulk gemacht werden können.

Typische Anwendungen

Mittels DBS kann die relative Konzentration von offenvolumigen Defekten wie atomaren Leerstellen festgestellt werden. Solche Defekte sind in verschiedenen Materialien von Interesse. In Halbleitern zum Beispiel führen sie häufig zu schlechterer elektrischer Leitfähigkeit. In Membranen bei der Salzwasseraufbereitung ist das sogenannte freie Volumen wichtig für die Durchlässigkeit und Effektivität der Membran.

CDBS ermöglicht detaillierte Einblicke zum Beispiel in die Härtungsprozesse von einigen Leichtmetalllegierungen. Hier sind Leerstellen im Kristall oft ein wichtiger Bestandteil des Härtungsprozesses, da sich an diesen Ausscheidungen bilden können welche die Festigkeit des Materials erhöhen.

Technische Daten
Strahleigenschaften
  • Positronenimplantationsenergie: E = 0,2 – 30 keV
  • Durchschnittliche Positronenimplantationsenergie: bis zu einige µm (materialabhängig)
  • Strahlgröße: regelbar zwischen 0,03 – 3 mm Ø
2D x-y-Scans
  • Scanbereich: 20 × 20 mm2
  • Schrittgröße typisch zwischen 0,01 und 10 mm
Hochreine Ge-Detektoren
  • 30 – 35 % Effizienz
  • Energieauflösung: 1,4 bei 477,6 keV
Probe
  • Probengröße
    • Optimale Größe 6 × 6 mm2, Dicke: 0,1 – 1 mm
    • Im Allgemeinen: 0,5 × 0,5 × 0,01 mm3 – 20 × 20 × 3 mm3
  • Optimum: vier Proben pro Probenhalter: < 10 × 10 mm2
  • Temperatur: 100 – 900 K
Typische Messzeiten
  • DBS: ~ 1 – 2 min/ Spektrum
  • DBS: ~ 8 h kompletter 2D Übersichts-Scan (mit Δx = Δy = 1 mm)
  • DBS: ~ 1 h Tiefenprofil (t = 2 min, 30 Energiewerte)
  • CDBS: ~ 4 – 6 h/ Spektrum CDBS

Instrumentverantwortlicher

Prof. Dr. Christoph Hugenschmidt
Telefon: +49 (0)89 289-14609
E-Mail: christoph.hugenschmidt@frm2.tum.de

CDBS
Telefon: +49 (0)89 289-14774

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Zitierung Instrument

Heinz Maier-Leibnitz Zentrum. (2015). CDBS: Coincident Doppler-broadening spectrometer. Journal of large-scale research facilities, 1, A23. http://dx.doi.org/10.17815/jlsrf-1-50

Zitat bitte stets einschließlich DOI.

Galerie

CDBS
CDBS
© W. Schürmann, TUM

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