IBC – Materialien mit ultraschnellen Ionen bearbeiten

Wechselwirkung eines Ionenstrahls mit einer Festkörperoberfläche

Ein wahres Multitool in der Materialforschung ist das IBC – das Ionenstrahlzentrum des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf HZDR. Die Nutzerinnen und Nutzer aus Wissenschaft und Wirtschaft führen dort Experimente aus ganz verschiedenen Disziplinen durch: Halbleitertechnik, Geologie, Kosmologie, Umwelt- und Klimaforschung. Neue Materialien entwickeln und analysieren, bekannte Materialien verändern und ihnen neue Funktionen geben – diese Ziele stehen im Vordergrund, wenn Forschende die Ionenstrahlen am IBC verwenden. Damit ist es ein wichtiges Werkzeug für die Elektronik der Zukunft, neue effizientere Solarzellen und innovative optische Materialien für flache Bildschirme.

Alles am IBC dreht sich um Atome, denen ein oder mehrere Elektronen fehlen. Infolgedessen sind sie positiv geladen, man spricht von Ionen. Mithilfe der Instrumente am Ionenstrahlzentrum beschleunigen und bündeln die Forschenden diese Ionen zu einem sogenannten Ionenstrahl. Einen solchen Ionenstrahl können sie aus einer Vielzahl von Elementen herstellen. Vom leichten Helium bis zum fünfzigmal schwereren Gold oder Blei verwenden sie die verschiedensten Atome für ihre Experimente.

Elektrostatischer Ionenbeschleuniger am HZDR

Trifft ein Ionenstrahl auf eine Oberfläche, kann er verursachen, dass dort Röntgenstrahlung heraustritt. Betrachtet man diese Strahlung, so lässt sich herausfinden, welche Atome die Oberfläche spicken. Doch um Oberflächen nicht nur zu analysieren, sondern auch gezielt zu verändern, sind Ionen ein geeignetes Werkzeug. Sie polieren Oberflächen oder rauen an exakt definierten Stellen auf. Oder sie lassen sich implantieren. Dabei verändern Ionen die Eigenschaften des Materials. Sie machen es zum Beispiel an bestimmten Stellen leitfähig oder reflektieren bestimmte Farben. Dadurch ermöglicht das IBC den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern, multifunktionale und innovative Bauteile zu entwickeln.

Ionenimplantation

Das Ionenstrahlzentrum gehört zum Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf. Damit ist es Teil der Helmholtz-Gemeinschaft deutscher Forschungszentren und eng mit einer Vielzahl an Forscherinnen und Forschern vernetzt. Jedes Jahr nutzen rund 340 Gäste die Anlage für ihre Forschung und Entwicklung.

Besonders bemerkenswert: Etwa die Hälfte der Strahlzeit geht an die Wirtschaft. Sie nutzt das IBC, um anwendungsnah Materialien weiterzuentwickeln. Zum Beispiel dotieren Elektronikunternehmen ihre Bauteile, um maßgeschneiderte Halbleitermaterialien herzustellen oder Kamerasensoren zu fertigen.

Implantat

Das Ionenstrahlzentrum bietet zuverlässig Ionenstrahlen aus fast allen stabilen Elementen. Die Energie der Ionenstrahlen können die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus einer Bandbreite von sieben Größenordnungen einstellen. Das IBC zieht eine Vielzahl an Nutzerinnen und Nutzern aus Industrie und Wissenschaft an. Ebenso vielfältig wie die Nutzerschaft sind auch die Resultate, die aus den Experimenten hervorkommen – zum Beispiel für die Mikroelektronik.

Dünne Graphenschichten mit Ionen beschießen, winzige Indiumarsenid-Kristalle herstellen und Diamanten nanometergenau gravieren – all dies sind Erfolge, die zeigen, welches Potenzial in der Forschung am IBC steckt.