Untersuchungen zur Zerstäubung von Festkörperoberﬂächen durch keV- und GeV-Ionenbeschuss mit Hilfe von lasergestützter Flugzeit-Massenspektrometrie

Die Sekundarionen-Massenspektrometrie ist eine weitverbreitete Technik zur Analyse der chemischenZusammensetzungvonOberﬂachen,beiderdieOberﬂacheeinesFestkorpersmitIonen beschossen und die zerstaubten Sekundarionen massenspektrometrisch analysiert werden. Ein entscheidender Parameterbei dieserAnalyse ist dieWahrscheinlichkeit, mit derein zerstaubtes Teilchen als Ion vorliegt, die sogenannte Ionisierungswahrscheinlichkeit, welche direkt mit der Detektionswahrscheinlichkeitverknupftist.AllerdingsistderProzessderSekundarionenbildung bis heute noch nicht abschliesend verstanden. Die bestehenden Modelle sagen eine Abhangigkeit der Ionisierungswahrscheinlichkeit vom Emissionsprozess und der elektronischen Anregung an der Oberﬂache voraus, wobei bisher nur Vorhersagen fur Spezialfalle wie der Ionenbildung bei der Zerstaubung von hochreinen Metallen getroﬀen werden konnen. Uber die Ionisierungswahrscheinlichkeiten zerstaubter organischer Molekule, deren Nachweis fur viele Anwendungen aus dem Bereich der Technik, Biologie und Pharmazeutik von grosem Interesse ist, ist bisher nahezu nichts bekannt. In dieser Dissertation werden erste vergleichende Messungen der Ionisationswahrscheinlichkeit von stosdominierten Zerstaubungsprozessen aufgrund von keV-Ionenbeschuss und von elektronischer Anregung dominierte Zerstaubung durch MeV/amu-Beschuss prasentiert. Fur Untersuchungen von zerstaubten Molekulen werden Verfahren gesucht, welche in der Lage sind, diese als intakte Molekule in die Gasphase zu uberfuhren. Zu diesem Zweck muss der Zerstaubungsprozess von einer stosdominierten zu einer Spike-artigen Zerstaubung verschoben werden. Eine Moglichkeit hierzu ist die Verwendung von Cluster-Projektilen mit kinetischen Energien von einigen keV, eine andere der Ubergang zu hohen Primarionen-Energien bis zu einigen MeV/amu, bei denen direkte Stose zwischen Projektil und Festkorperatomen nur noch eine untergeordnete Rolle spielen. Das Ziel dieser Arbeit ist, durch die erstmalige Bestimmung von Ionisierungswahrscheinlichkeiten fur durch MeV/amu-Beschuss zerstaubte Teilchen, einen Beitrag auf dem Weg zum Verstandnis der Ionenbildung bei der Zerstaubung zu leisten. Es werden neue experimentelle Verfahren vorgestellt, welche optimiert sind fur die Nutzung eines Teilchenbeschleunigers als Primarionenquelle und eine eﬃziente Nutzung der begrenzten Strahlzeit ermoglichen. Durch Vergleichsmessungen wird die Vertrauenswurdigkeit zweier grundlegend verschiedener Laser-Nachionisationsmethoden bewiesen. Die Kombination von MeV-ToF-SIMS und VUV-Einphotonennachionisation ermoglicht erstmals die Analyse zerstaubter Neutralteilchen mit Hilfe der MeV-ToF-SNMS. Fur dynamisch durch Ionenbeschuss gereinigte Metalloberﬂachen werden relative Ionisierungswahrscheinlichkeitenvonunter„ElectronicSputtering“-BedingungenzerstaubtenTeilchenbezogenaufsolche, welchedurchstosdominierteZerstaubungemittiertwurden,angegeben.Trotzgrundlegendverschiedener Emissions- und Anregungs-Prozesse liegen die Ionisierungswahrscheinlichkeiten fur beide Beschussbdingungen in der gleichen Grosenordnung. Fur organische Molekule wird die Moglichkeit des Nachweises zerstaubter Ionen und Neutralteilchen prasentiert und der Einﬂuss der Beschussbedingungen auf deren Fragmentierung untersucht, wobei der Beschuss mit MeV/amu-Ionen die geringste Fragmentierung aufgrund der aus der Natur der Anregung bedingten Spike-artigen Emission aufweist. Im Falle von ionischen Kristallen wird am Beispiel von Kalium-Bromid das Ionisationsschema als Chemi-Ionisation identiﬁziert und gezeigt, dass einige stabil emittierte Teilchen nahezu ausschlieslich als Neutralteilchen emittiert werden und somit nur mit Hilfe der LaserNachionisation nachgewiesen werden konnen.