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Arun Persaud

• A new technique for precision ion implantation has been developed. A scanning probe has been equipped with a small aperture and incorporated into an ion beamline, so that ions can be implanted through the aperture into a sample. By using a scanning probe the target can be imaged in a non-destructive way prior to implantation and the probe together with the aperture can be placed at the desired location with nanometer precision. In this work first results of a scanning probe integrated into an ion beamline are presented. A placement resolution of about 120 nm is reported. The final placement accuracy is determined by the size of the aperture hole and by the straggle of the implanted ion inside the target material. The limits of this technology are expected to be set by the latter, which is of the order of 10 nm for low energy ions. This research has been carried out in the context of a larger program concerned with the development of quantum computer test structures. For that the placement accuracy needs to be increased and a detector for single ion detection has to be integrated into the setup. Both issues are discussed in this thesis. To achieve single ion detection highly charged ions are used for the implantation, as in addition to their kinetic energy they also deposit their potential energy in the target material, therefore making detection easier. A special ion source for producing these highly charged ions was used and their creation and interactions with solids of are discussed in detail.
• Eine neue Technik zur Ionenimplantation mit hoher Ortsgenauigkeit wurde entwickelt. Hierzu wurde der Cantilever eines Rasterkraftmikroskops in eine bewegliche Lochmaske umfunktioniert. Die Verwendung eines Rasterkraftmikroskops ermöglicht, die Probe vor der Implantation zu betrachten und die Lochblende mit einer Genauigkeit von einigen Nanometern relativ zu zum Beispiel vorgefertigten Strukturen zu platzieren. In dieser Arbeit werden erste Ergebnisse eines Rasterkraftmikroskops, welches in eine Ionenstrahlführung integrierte wurde, dargestellt. Messungen, die die Auflösungsgrenzen des Mikroskops zeigen, werden präsentiert. Weiterhin werden Ergebnisse mit einer Ionenimplantationsgenauigkeit von 120 nm gezeigt. Eine Grenze für die maximale Auflösung eines solchen Implanters ist durch die Streuung der Ionen beim Abbremsen im Material gegeben. Daher wird die maximale Ortsauflösung, die mit diesem Aufbau erreicht werden kann mit ca. 10 nm abgeschätzt. Die vorliegende Arbeit ist Teil eines Projektes, das sich zum Ziel gesetzt hat, Teststrukturen für Quantencomputer zu erzeugen. Hierzu wird nicht nur eine hohe Ortsauflösung, sondern auch das Implantieren von einzelnen Ionen verlangt. Um dies zu erreichen, muss weiterhin ein Einzelionendetektor in den Aufbau integriert werden. Verschiedene Möglichkeiten hierzu werden ebenfalls in der Arbeit diskutiert. Um das Detektieren einzelner Ionen einfacher zu gestalten werden hochgeladen Ionen benutzt, da diese neben ihrer kinetischen Energie auch potentielle Energie besitzen, die zur Detektion benutzt werden kann. Eine spezielle Ionenquelle zur Erzeugung hochgeladener Ionen ist daher Teil des Aufbaus. Effekte von hochgeladene Ionen und die spezielle Ionenquelle werden daher ebenfalls in der Arbeit diskutiert.