3 Auger-Elektronenspektroskopie (AES) - KOPS - Universität Konstanz

4 Ergebnisse
eine elektrische Leistung von 115 W. Auffallend
war, dass der Ionenstrom nach einem
Maximum von 60 µA bei etwa 70 W
Verdampferleistung auf 15–17 µA abfällt.
Obwohl die Depositionsrate dabei nicht bestimmt
wurde, scheint sie sehr hoch gewesen
zu sein.
Es bleibt also zu erklären, warum erstens
nach dem Aufheizen bereits ein derartig
geringer Filamentstrom ausreicht, um eine
zum Verdampfen ausreichende Temperatur
zu halten und zweitens der Ionenstrom bei
steigender Verdampferleistung abfallen kann.
Da über den Abfall des Ionenstroms bei
sehr hohen Raten nur wenige Beobachtungen
vorliegen (dieser Bereich ist für die vorliegenden
Experimente ohne Belang), ist es schwer,
darüber klare Aussagen zu machen. Setzen
wir bis zum Maximum des Ionenstroms eine
strikte Proportionalität zur Depositionsrate
an, so werden bereits bei 70 W elektrischer
Leistung etwa 4 ML/s deponiert. Es
ist nicht möglich, davon auf die Verhältnisse
bei 115 W zu schließen. Die Depositionsrate
muß außerordentlich hoch gewesen sein. Es
bieten sich zwei Erklärungen an. Es könnte
sich bei hoher Verdampferleistung der ionische
Anteil verändert haben. Es wäre aber
auch möglich, dass der gemessene Strom in
irgendeiner Weise mit einem erhöhten Druck
im Verdampfergehäuse zusammenhängt.
Für den raschen Anstieg der Dampfrate
(und der Verdampferleistung) haben wir
mehrere Erklärungen erwogen. Der verwendete
Tiegel war größer als die in früheren Experimenten
verwendeten. Da der starke Leistungsanstieg
aber beim Ausgasen des leeren
Tiegels nicht auftrat, ist zum Beispiel die
thermische Strahlung des Tiegels als Ursache
auszuschließen.
Diskutiert wurden auch verschiedene Effekte
durch Gadolinium-Ionen. Die Ionen im
Dampfstrahl werden schließlich durch die
Hochspannung des Tiegels beschleunigt. Ef-
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fekte durch Sekundärelektronenemission sind
aber sehr unwahrscheinlich. Bei einem hohen
ionischen Anteil müßte die Depositionsrate
bei gegebenem Ionenstrom gering sein. Bei
Kupfer (mit einem hohen ionisierten Anteil)
benötigt man für 1–2 ML/min einen Ionenstrom
von 40 µA. Wenn bei Gadolinium bei
100 nA 0.6 ML/min deponiert werden, kann
der ionische Anteil nicht sehr hoch sein. Folglich
ist hier kein anderes Verhalten als für
Kupfer zu erwarten.
Die photoelektrische Arbeit – also die
Austrittsarbeit – liegt bei Gadolinium mit
3.1 eV sehr niedrig (W 4.6 eV, Cu 4.65 eV).
Es erscheint also nicht unwahrscheinlich, dass
dies mit den beobachteteten Phänomenen
zusammenhängt. Gadoliniumatome, die das
Filament treffen, werden thermisch schnell
wieder abgedampft. Die Zeit könnte jedoch
ausreichen, um durch eine örtliche Erniedrigung
der Austrittsarbeit Elektronenemission
zu unterstützen.
Für die Hypothese spricht, dass dieser
Prozess sich durch Rückkopplung tatsächlich
verstärken könnte und damit das explosionsartige
Ansteigen über viele Größenordnungen
erklären kann. Problematisch bleibt die
Veweilzeit der Gadoliniumatome auf dem Filament
und die damit resultierende effektive
Austrittsarbeit.
Überprüfen ließe sich diese Vermutung,
indem man durch ein passend eingebautes
Tantal- oder Wolframblech das Filament gegen
den Dampfstrahl abschirmt. Dabei müßte
natürlich Sorge getragen werden, dass der
Elektronenstrahl nicht das Blech verdampft,
anstatt den Tiegel zu heizen. Da dies nicht
unbedingt trivial ist, könnte man stattdessen
auch ein thoriertes Filament einbauen (photoelektrische
Arbeit von Thorium 3.5 eV).
Da die Austrittsarbeit eines Thoriumfilaments
niedriger ist, dürften auftreffende Gadoliniumatome
– anders als bei Wolfram –
keine große Wirkung haben.