Title: Development of an ultra-compact setup for measuring ion-induced electron emission statistics
Language: English
Authors: Schrempf, Dominik 
Qualification level: Diploma
Keywords: ioneninduzierte Elektronenemission; EES Messelektronik; hochgeladene Ionen; Borosilikat Glas
ion-induced electron emission; EES detection electronics; highly charged ions; borosilicate glass
Advisor: Aumayr, Friedrich 
Issue Date: 2013
Number of Pages: 88
Qualification level: Diploma
Abstract: 
Wichtige Untersuchungen von Prozessen bei Elektronenemission, welche durch das Auftreffen von energiegeladenen Teilchen (Ionen, Atomen oder Elektronen) auf Oberflächen hervorgerufen wird, basieren auf der Analyse der Statistik der Elektronenemission (EES). In dieser Diplomarbeit wird eine neue und kompakte Version einer EES Anlage präsentiert. Die neue Messelektronik benötigt keine sperrigen "Nuclear Instrument Module" (NIM) mit Netzgeräten, die auf Hochspannung betrieben werden müssen. Stattdessen wurden diese Bauteile durch kleinere und billigere Komponenten ersetzt, die nur mit Batterien betrieben werden können. Das elektronische Signal vom Detektor wird so schnell wie möglich digitalisiert. Sogar die Pulshöhenanalyse wird nun im Hochspannungskäfig durchgeführt und nur das Pulshöhenspektrum wird über optische Kabel zum Messcomputer gesendet. Darüber hinaus wurden neue systematische Messungen an Duran-Glas durchgeführt, um mehr Informationen über die Elektronenemission von diesem Nichtleiter zu erhalten. Duran-Glas wird benutzt, um makroskopische Glaskapillaren herzustellen, mit denen Ionen umgelenkt werden ("Ion Guiding Effekt"). Verschiedene Messungen wurden am Glas gemacht, um diesen Effekt besser zu verstehen. Dabei wurde der Elektronen-Yield von Argon Ionen, die auf die Glasprobe treffen, in Abhängigkeit von der Temperatur des Glases und in Abhängigkeit vom Auftreffwinkel der Ionen gemessen. Außerdem wurden Messungen in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit der Projektile durchgeführt. Es wurde eine starke Temperaturabhängigkeit im Bereich von 20C bis 35C gefunden. Zusätzlich wurden die Messungen mit bereits vorhandenen Daten von LiF verglichen und die funktionellen Abhängigkeiten bestätigt. Die Resultate und Diskussionen, die in dieser Arbeit präsentiert werden, sollen Fortschritte in der Forschung zum "Guiding Effekt" ermöglichen.
Schlussendlich erleichtert die neu konstruierte Messelektronik die Installation von Anlagen zur Elektronenemission in anderen Labors. Das neue System bietet Mobilität, Flexibilität und bessere Messbedingungen.
Die kompakte Gestaltung könnte anderen Arbeitsgruppen die Verwendung der EES Technik für die Analyse von Oberflächenstrukturen und grundlegenden Wechselwirkungen von Ionen mit Oberflächen ermöglichen.

Important studies on electron emission phenomena due to energetic projectile impact (ions, atoms, electrons) on both, conducting and insulating surfaces are based on the so-called electron emission statistics (EES) technique. In this thesis a new and compact version of such an EES detection scheme is presented. The new system no longer requires a heavy and bulky NIM-crate with a power supply to be operated at high voltage potential. Instead, these parts have been replaced by small and low cost electronic components, which can be operated using battery packs only. The electronic signal from the detector is digitized as early as possible. Even the pulse height analysis is now performed at high voltage and just the resulting pulse height spectrum is communicated by optical fibers to the measurement computer at ground potential.
Furthermore, new systematic measurements were conducted on Duran glass (borosilicate glass) to get more insight into the electron emission of this insulator. Duran glass is used for the production of macrocapillaries that guide highly charged ions. To get a more profound understanding of the guiding effect, the total electron yield of Argon ions hitting the glass sample has been measured in dependence on the temperature of the sample and the incident angle of the projectiles as well as in dependence on the velocity of the impinging ions. A strong dependence on the temperature from 20C to 35C has been found. The accumulated data has been compared with total electron yields from LiF and the functional dependencies have been confirmed. The presented data and the discussion of the electron yields might lead to advances in studies on the guiding effect.
Finally, the newly constructed detection electronics presented in this thesis facilitates the installation of an electron emission detection system at other laboratories. It offers mobility, flexibility and improved measurement conditions. The compact design might allow other groups to easily employ the electron emission statistics technique at their beamlines and use it for diagnostic purposes, surface structure analysis and basic ion-surface collision studies.
URI: https://resolver.obvsg.at/urn:nbn:at:at-ubtuw:1-52354
http://hdl.handle.net/20.500.12708/10946
Library ID: AC07815311
Organisation: E134 - Institut für Angewandte Physik 
Publication Type: Thesis
Hochschulschrift
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