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Mikrosonde

Die Mikrosonde kann den vom Linearbeschleuniger erzeugten Ionenstrahl auf einen Bereich von etwa einem Mikrometer Durchmesser fokussieren. Dazu wird ein etwa 10 Mikrometer feiner Teil des Ionenstrahls durch die Objektapertur ausgeschnitten und durch ein magnetisches Quadrupoltriplett in die Ebene der zu bestrahlenden Probe verkleinernd abgebildet. Der genaue Ort des ionenoptischen Bildes der Objektapertur kann mittels eines ablenkenden magnetischen Dipolfeldes festgelegt werden. Ein rauscharmer Elektronendetektor hoher Verstärkung ermöglicht es, die auf der Probe einschlagenden Ionen anhand der jeweils individuell entstehenden Sekundärelektronenwolke zu detektieren. Durch einen sehr schnellen elektrostatischen Strahlschalter kann das Eintreffen weiterer Ionen jederzeit unterbunden werden.

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Mikrosonde, Ansicht von der Seite
Schema Arbeitsweise der Mikrosonde

Ortsaufgelöste Strahlungshärte in Mikroelektronik

In einigen Anwendungsbereichen sind mikroelektronische Bauelemente ionisierender Teilchenstrahlung ausgesetzt, die aufgrund ihrer hohen Energie und Reichweite nicht abgeschirmt werden kann. Als Beispiele für solche Anwendungsbereiche seien hier Satelliten und hochfliegende Luftfahrzeuge genannt. Da das Versagen mikroelektronischer Bauelemente in diesen Anwendungen katastrophale Auswirkungen nach sich zieht, werden sie vor ihrem Einsatz standardmäßig auf ihre so genannte Strahlungshärte hin überprüft. Die Mikrosonde erlaubt es nun, zusätzlich zu der standardmäßigen Messung dieser globalen Größe, die strahlungsempfindlichen Bereiche innerhalb eines integrierten Schaltkreises mikrometergenau zu lokalisieren und die Empfindlichkeit lokal zu quantifizieren. Diese Information kann dann dazu benutzt werden, das Design eines speziellen mikroelektronischen Bauteils so zu überarbeiten, dass es gegenüber ionisierender Strahlung unempfindlicher und damit in seiner Anwendung betriebsicherer wird. Außerdem ermöglichen derartige Messungen an der Mikrosonde ein tiefergehendes wissenschaftliches Verständnis der in mikroelektronischen Schaltkreisen beim Durchgang ionisierender Teilchenstrahlung ablaufenden Prozesse.

Strahlenbiologie

Dicht ionisierende Teilchenstrahlung hat gravierende Schädigungen in biologischen Systemen zur Folge. Diese Wirkung kann für lebende Organismen wie in der Strahlentherapie erwünscht, oder aber wie in der bemannten Raumfahrt hinderlich und wie in Chernobyl geschehen, sogar schädlich und katastrophal sein. Es ist von grundlegendem Interesse, sowohl die verschiedenen Schädigungen selbst, als auch die dadurch ausgelösten biochemischen Reaktionen und Reparaturprozesse auf zellulärer Ebene zu untersuchen. Mit der Mikrosonde kann die applizierte Strahlungsdosis und der Ort der Schädigung jeweils genau festgelegt werden. In Zusammenarbeit mit der Abteilung für Biophysik an der GSI, werden dann räumliche und zeitliche Messungen von verschiedensten biochemischen Reaktionen unternommen.

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Mit der Mikrosonde geschriebene Nachbildung des GSI-Logos in einem Zellkern Durchmesser des Zellkerns ca. 15 µm = 0,015 mm