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Roman Neugebauer

• In dieser Arbeit werden grundlegende Untersuchungen zur Ion-Festkörper Wechselwirkung vorgestellt, die zu Sekundärionen-Emissionsprozessen führen. Das Ziel ist hierbei, aus den Experimenten Informationen über den Ursprung, die Bindungsmechanismen und die Evolution der Sekundärionen (SI) zu erhalten und die experimentellen Daten mit Rechnungen eines kürzlich entwickelten Desorptions-Modells zu vergleichen. Die Untersuchungen sind in zwei Gebiete unterteilt, die 1.) den Einfluß von Projektil-Eigenschaften wie Energie, Masse und Ladung auf die SI-Emission und 2.) den Einfluß von Targeteigenschaften wie Temperatur und Material auf die SI-Emission zum Gegenstand haben. Die gemessenen H+- - und CxH+- y -SI entstammen einer Oberflächen-Kontaminationsschicht der untersuchten C- und LiF-Targets. Die untersuchten Li+-SI entstammen unmittelbar der LiF-Oberfläche. Zum Studium der SI-Emission werden hier H-, C-, N-, Ar-, Kr- und Sn-Projektile, im Bereich ihres maximalen elektronischen Bremsvermögens Se = (dE=dx)e, eingesetzt. Die von der Projektil-Eintrittsoberfläche emittierten SI werden in Koinzidenz mit jenen unter Hochvakuum-Bedingungen mit einem zylindrischen und einem neu konstruierten linearen Flugzeitspektrometer gemessen. Die Abhängigkeit der SI-Emission von der Projektilgeschwindigkeit (”Geschwindigkeitseffekt”) wird hervorragend durch ein kürzlich von Pereira und da Silveira [Per98a, Per00] entwickeltes Desorptions-Modell beschrieben und zeigt, daß leichte H+-SI einen anderen Emissionsort als schwere CxH+- y -SI entstammen. Diese Resultate werden durch Messungen, die den Einfluß des Projektilladungszustands auf die SI-Ausbeute betrachten, bestätigt. Eine ladungsabhäangige Modifikation des neuen Desorptions-Modells erlaubt zusätzlich, aus den gemessenen relativen SI-Ausbeuten, den Abstand des Emissionsortes von der Spurachse des Projektils zu bestimmen. Aus Untersuchungen zum Einfluß der Projektilmasse auf die SI-Emission folgt zudem eine Korrelation im Emissionsverhalten zwischen H+-SI der Kontaminationsschicht und Li+-SI der tatsächlichen Targetoberfläche. Der Grund hierfür liegt im gleichen Emissionsort dieser beiden unterschiedlichen SI, der von ihrer Bindungsenergie an der Targetoberfläche abhängt. Kontrollierte Variation der LiF- und Cu-Targettemperatur mit einem neu konstruiertem Targethalter zeigen, daß H+-SI im Bereich von 300K <= T <= 380K nahezu vollständig und unabhängig vom Targetmaterial aus der CxHy-Oberflächen-Kontaminationschicht emittiert werden. Durch die Anpassung von Langmuir-Isothermen an die gemessenen SI-Ausbeuten gelingt die Bestimmung der Bindungsenergien EB der CxH+ y -SI, die unmittelbar die LiF- bzw. Cu-Oberfläche bedecken. Das weist auf intermolekulare Bindungen zwischen den CxH+ y -SI und der Oberfläche hin. Die Resultate dieser Rechnung zeigen auch, daß die CxH+ y -SI aus unterschiedlichen Emissionsorten emittiert werden. Hohe Targettemperaturen (< 450K) führen überraschenderweise beim LiF-Target zusätzlich zu einer Metallisierung der Oberfläche, die sich bei weiterer Temperaturerhöhung als Phasenübergang des Targetmaterials auswirkt. Messungen an deuterierten und hydrogenierten Targets zeigen zudem, daß SI-Emission aus dem Targetvolumen nur beim Überschreiten einer hohen Emissionsschwelle Se(> 1700 +- 50eV=A° ) erfolgt.
• Fundamental studies are presented on ion-solid interaction leading to the emission of secondary ions (SI). The aim is to obtain information on the source and mechanism of SI-emission and to compare the experimental results in detail with calculations of a recently developed desorption-model. This work is divided into two parts: 1.) The influence of projectile-properties on SI-emission and 2.) the influence of target-properties on SI-emission. The mass analysed SI are Li+-ions from a LiF-target and H- and CxH y -ions from surface layer contamination of C-targets and LiF-targets. These SI serve as messengers for the interaction process between swift ions and solid or solid surfaces. For the first time the origin, the binding mechanism and the evolution of SI from a solid and a solid surface were obtained. The SI-emission is caused here by H-, C-, N-, Ar-, Kr- and Snprojectiles near the electronic stopping power maximum Se = (dE=dx)e. The emitted SI are measured from the entrance surface under high vacuum conditions in coincidence with the projectile ion with a cylindrical and a developed new linear time of flight spectrometer. Systematic studies of the SI-emission dependence on the projectile velocity (”velocity effect”) indicate a different site of emission for light H+-SI and for heavy CxH+ y -SI. The experimental data are described very well by a new desorption-model. These results are also confirmed by measurements of the SI-emission dependence on the projectile charge state. Additionally, a charge state modification in the new desorption-model allows us to calculate the radius of the SI-emission site from the measured relative SI-yields. Surprisigly, we observe -from the influence of projectile mass on SI-emission- a correlation in the emission of H+-SI from the CxHy-contamination surface layer with the Li+-SI emission from the true LiF-target surface. This correlation has its roots in the same site of emission, which is correlated with the similar binding energy of both H+- and Li+-SI having its origin in a different place of birth. Calculations with the new desorption-model show that the emission area for the SI depends on the deposited energy density inside the ion track. With a newly developed target heating device the dependence of the SI-emission on the LiF-target temperature and the Cu-target temperature has been studied The results of this measurements show that 1.) in the range of 300K T 380K H+-SI are emitted from the contamination surface layer and 2.) in this temperature range their yields are independent of the target material. From a Langmuir-Isotherm-fit to these data, the binding energy EB of CxH+ y -SI emitted directly from the LiF- and Cu-surfaces was deduced. Calculations show that the organic CxH+ y -compounds are connected by intermolecular binding forces to the LiF- and Cu-surfaces. Depending on the C- or H-concentration these SI have different sites of emission. High temperatures (< 450K) show additionally for the LiF-target, that a metallisation process on the surface takes place which leads to a phase transition of the target material with increasing temperature. Studies on deuterated and hydrogenated targets show that SI-emission from the target bulk is possible only if the energy deposited from the projectile in the target is higher than an emission threshold of Se(> 1700 50eV=A° ).