Diplomarbeit Olga Rehband

KAPITEL 3.AUFBAU DER VAKUUMAPPARATURwobei n 0 die Teilchendichte in der Quelle, f(v) die Maxwellsche Geschwindigkeitsverteilungin der Quelle, dΩ das Raumwinkelelement, in das die Quelleemittiert, v die Geschwindigkeit der austretenden Teilchen, θ der Winkelzur Öffnungsnormalen, S die Öffnungsfläche und dv die Breite der beobachtetenGeschwindigkeitsgruppe ist. Mit der Maxwell-Boltzmann-Verteilung:f(ṽ)dṽ = 4 √ π ṽ 2 e −ṽ2 dṽ , (3.26)wobei für ṽ = v/v w gilt und v w = √ 2kT/m die wahrscheinlichste Geschwindigkeitist, erhält man durch Einsetzen in Gl.(3.25):dNdt = n 0Sπ 3/2 v wṽ 3 e −ṽ2 dṽ cos θdΩ . (3.27)Als Geschwindigkeitsverteilung in einem Strahl ergibt sich somit:f Strahl (ṽ) = 2ṽ 3 e −ṽ2 , (3.28)wobei v wS = √ 3/2v w die wahrscheinlichste Geschwindigkeit und ¯v S =3/4 √ πv w die mittlere Geschwindigkeit im Strahl ist. Es ist zu beachten,dass im Gegensatz zur Maxwellverteilung im isotropen Raum die Geschwindigkeitsverteilungeines Strahles proportional zu ṽ 3 statt ṽ 2 ist.Wird über alle Geschwindigkeiten integriert, so ergibt sich für die Intensität:I(θ)dΩ = n 0¯v4 S cos θ dΩ π , (3.29)wobei ¯v = (2/ √ π)v w die mittlere Geschwindigkeit des Gases in der Quelleist. Die Gesamtrate von Molekülen, die die Öffnung verlassen ist also n 0¯vS/4.Die zugehörige Winkelverteilung folgt einem kosinusartigen Verlauf.3.4.2 Knudsen-ZelleEine Knudsen-Zelle nutzt das Prinzip der Molekulareffusion und ist kommerzielerwerblich. Das Material, das verdampft werden soll, wird in einemisothermisch abgeschlossenen Gehäuse mit einer Öffnung auf die erforderlicheVerdampfungstemperatur gebracht. Der Molekülstrahl wird durch Kollimationzu einem elektrisch neutralen Materialstrahl geformt. Der Vorteildieser Art von Quelle besteht darin, dass man Bedeckungen zwischen Submonolagenund kontinuierlichen Filmen reproduzierbar aufbringen kann.Das Ofengehäuse, das mit Wasser oder Flüssigstickstoff gekühlt werdenkann, ist mit einer elektrischen Durchführung und einer Shuttervorrichtungauf einem DN35CF-Flansch montiert. Der Ofen enthält ein Steckmodul, dasaus einem Tiegel, einem Heizelement und einem Hitzeschutzschild besteht.Der Tiegel wird mit einer Tantalfolie geheizt, die mit einem pyrolytischenBornitridschutz isoliert ist. Der Haupttiegel ist aus Graphit gefertigt, in46