Entwicklung und Erprobung eines Aufbaus zur gezielten ... - GSI

Das Vakuumfenster 25
5.1.2 Eigenschaften zur Trefferdetektion
Für die Wahl, die vom Vakuumfenster emittierten Sekundärelektronen zur Trefferdetektion
zu verwenden, gibt es zwei Gründe:
- Ein Treffernachweis hinter dem Zellgefäß (siehe Kapitel 4 "Das Zellgefäß") ist nicht
möglich, da es von den Ionen aufgrund seiner Dicke nicht durchdrungen werden kann.
- Zusätzliche Materialschichten wie Szintillatoren, Halbleiter- oder Gasdetektoren, mit
denen der Treffernachweis vor der Probe durchgeführt werden kann, führen zu weiteren
Streuungen der Ionen und verschlechtern damit die Zielgenauigkeit der Mikrosonde. Da
das Vakuumfenster in unserem Aufbau ohnehin benötigt wird, wird bei der Trefferdetektion
mit Hilfe der Sekundärelektronen der Strahlfokus nicht zusätzlich
aufgeweitet.
Für den Nachweis der Sekundärelektronen wird ein Channeltron verwendet, dessen Aufbau
in Abb. 5.2 schematisch dargestellt ist.
Abb. 5.2 Schema zu Aufbau und Wirkungsweise eines Channeltrons: Jedes Elektron, das auf die Wand
des Channeltrons trifft, schlägt neue Elektronen frei. Diese werden durch eine positive Hochspannung
zum inneren Ende hin beschleunigt und erzeugen auf ihrem Weg dorthin immer mehr freie
Elektronen. So kann am inneren Ende des Channeltrons ein Stromimpuls detektiert werden
Sobald ein Elektron den Trichter des Channeltrons erreicht, wird es durch eine positive
Hochspannung zum inneren Ende hin beschleunigt und schlägt bei jeder Berührung der
Wand neue Elektronen frei. Durch die so entstehende lawinenartige Vermehrung der
Elektronen kann am inneren Ende des Channeltrons ein Stromsignal abgegriffen werden,
dessen Amplitude mit der Anzahl der primären Elektronen steigt. Da die
Elektronenvermehrung jedoch nicht kontrolliert abläuft, gibt es für die gleiche Anzahl
primärer Elektronen statistische Schwankungen der Signalhöhe.
In Abb. 5.3 ist das Amplitudenspektrum eines Channeltrons zu sehen, das bei der
Bestrahlung von Gold mit Xe-Ionen (5,9 MeV/u) aufgenommen wurde. Darin kann
deutlich zwischen zwei Signalhöhen unterschieden werden: Die Signale mit hoher
Amplitude (um Kanal 2000) wurden durch die von der Goldoberfläche emittierten
Sekundärelektronen erzeugt, während die Impulse mit niedriger Amplitude (um Kanal 250)
durch einzelne, im Vakuum vorhandene Elektronen generiert wurden. Durch Anlegen eines
Grenzwertes in diesem Spektrum kann klar zwischen Hintergrundsignalen und echten
Ionentreffern unterschieden werden.