Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Badanie warstw powierzchniowych materiałów metodą rozpraszania jonów wstecz (RBS) Karolina Danuta Pągowska Instytut Problemów Jądrowych.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Badanie warstw powierzchniowych materiałów metodą rozpraszania jonów wstecz (RBS) Karolina Danuta Pągowska Instytut Problemów Jądrowych."— Zapis prezentacji:

1 Badanie warstw powierzchniowych materiałów metodą rozpraszania jonów wstecz (RBS) Karolina Danuta Pągowska Instytut Problemów Jądrowych

2 2 Akcelerator jonów

3 3 Magnes kierujący Akcelerator Tarcza 2 MeV 4 He + elektrony jony rozproszone produkty reakcji promieniowanie γ promieniowanie X atomy wybite

4 4 O czym będzie mowa w dalszej części seminarium? Co to jest RBS? Fizyczne podstawy metody RBS Układ doświadczalny Interpretacja widm RBS Zastosowania Podsumowanie

5 5 Co to jest RBS? RBS – to skrót pochodzący od angielskiej nazwy metody Rutherford Backscattering Spectrometry (rozpraszanie jonów wstecz) Jest to metoda mikroanalizy jądrowej służąca do badania warstw powierzchniowych materiałów.

6 6 Sprężyste zderzenia kul a RBS Centralne zderzenie dwóch kul o jednakowych masach VoVo VoVo

7 7 Sprężyste zderzenie dwóch kul o masach: M 1 << M 2 a RBS V o, M 1 V2V2 V1V1 M2M2

8 8 Oddziaływanie elektrostatyczne pocisku i tarczy M2M2 V 2, E 2 TARCZA POCISK M 1, V 0, E 0 φ θ M 1, V 1, E 1 Z 1 e – ładunek cząstki pocisku Z 2 e – ładunek atomu tarczy r – odległość między cząstkami Θ – kąt rozpraszania

9 9 Przekrój czynny na rozpraszanie (Wzór Rutherforda w układzie laboratoryjnym) Z 1 - liczba atomowa padającego jonu Z 2 - liczba atomowa atomu rozpraszającego E 0 - energia padającego jonu θ - kąt rozproszenia e - ładunek elementarny

10 10 Współczynnik kinematyczny E 1 - energia cząstki po zderzeniu, E 0 - energia cząstki padającej, M 1 - masa cząstki pocisku, M 2 - masa atomu tarczy θ - kąt rozproszenia Zasada zachowania pędu i energii

11 11 Zależność współczynnika kinematycznego od kąta rozproszenia Dla zapewnienia najlepszych warunków rozróżnialności blisko leżących pierwiastków kąt detekcji ustala się w okolicach 180°. Θ = 170°

12 12 Masowa zdolność rozdzielcza Dla ciężkich jąder masową zdolność rozdzielczą pogarsza fakt istnienia wielu blisko leżących pierwiastków.

13 13 Rozróżnianie pierwiastków Przekrój czynny jest proporcjonalny do kwadratu liczby atomowej tarczy co oznacza, że rozproszenie wstecz zachodzi ze znacznie większą wydajnością na jądrach ciężkich niż na lekkich.

14 R p = 5.21 µm Głębokość/ µm Zależność - Energia - Głębokość dla 1.5 MeV jonów He w Si Energia / MeV

15 15 Prędkość jonu ~ (Energia) 1/2 Zdolności hamujące Jony He Jony Ar jonizacja Atomy przemiesz- czone dE e /dx dE n /dx Straty energii jonów w ciele stałym (LET)

16 16 Spowalnianie jonów w tarczy jednoskładnikowej E1E1 E0E0 kE 0 E kE x θ1θ1 θ2θ2 θ

17 17 Głębokościowa zdolność rozdzielcza - energetyczna zdolność rozdzielcza układu detekcji (eV) - efektywna zdolność hamująca (eV/nm)

18 18 Wykrywalność liczba zliczeń numer kanału

19 19 Układ doświadczalny TARCZA DETEKTOR MAGNES ANALIZUJĄCY AKCELERATOR Q < ADC PROGRAM DO AKWIZYCJI DANYCH PRZEDWZMACNIACZ ŁADUNKOWY WZMACNIACZ LINIOWY KONWERTER ANALOGOWO-CYFROWY

20 20 Jak powstaje widmo RBS dla prostej próbki jednoskładnikowej? E1E1 E0E0 kE 0 E kE x θ1θ1 θ2θ2 θ ENERGIA LICZBA ZLICZEŃ E1E1 kE 0 x

21 21 Jak wygląda widmo RBS dla cienkiej próbki dwuskładnikowej i jak je zinterpretować? Położenie przednich krawędzi identyfikuje składniki próbki, położenie tylnej krawędzi wyznacza grubość badanej próbki, wysokość każdego ze schodków daje informacje o koncentracji danego pierwiastka w próbce. Liczba zliczeń Energia AB m B >m A

22 22 x0x0 - O- Si 4 He +, 2 MeV x0x0 Si SiO 2 Energia Głębokość Liczba cząstek rozproszonych x0x0 Podstawy Rutherford Backscattering Spectrometry

23 23 Metoda RBS jest używana do analizy chemicznej (składu pierwiastkowego badanego materiału), wyznaczania grubości cienkich warstw, badania rozkładów głębokościowych pierwiastków. Zalety metody RBS: metoda nieniszcząca (dla większości materiałów), krótki czas pomiaru.

24 24 Widmo dla InP - różne grubości warstw

25 25 Kanałowanie jonów

26 26 Analiza rozkładu defektów przy użyciu kanałowania jonów

27 27 Widmo random i aligned dla GaN-u

28 28 Wpływ grubości warstwy nukleacyjnej na koncentrację defektów

29 29 Rozkład ilości defektów w funkcji głębokości dla próbki 1125

30 30 Warstwa nukleacyjna t o ~11min Szybkość osadzania: (5nm/1min) Grubość warstwy nukleacyjnej GaN: x t =(40-60)nm x 1 +x 2 =53nm x 1 (Ga 0.55 N 0.45 )=30nm x 2 (Ga 0.48 N 0.52 )=23nm

31 31 t o ~17min Szybkość osadzania: (5nm/1min) Grubość warstwy nukleacyjnej GaN: x t =(80-100)nm x 1 +x 2 =83nm x 1 (Ga 0.55 N 0.45 )=49nm x 2 (Ga 0.48 N 0.52 )=34nm Warstwa nukleacyjna

32 32 Widmo random dla próbki 1202 Grubość warstwy

33 33 Rozkłady poprzeczne grubości warstw a b c d i h g ef

34 34 Rozkłady poprzeczne grubości warstw a b c d e f g h i j k l

35 35 Zjawisko kanałowania jonów wykorzystuje się do: Wyznaczania stopnia doskonałości krystalograficznej monokryształów i warstw epitaksjalnych, wyznaczania rozkładów głębokościowych defektów struktury krystalicznej, wyznaczania położeń atomów domieszki w strukturze krystalicznej.

36 36 Podsumowanie Zalety metody RBS: jest to metoda nieniszcząca, umożliwiająca wykorzystywanie próbki do dalszych badań innymi metodami, wyniki analiz podane są w jednostkach bezwzględnych, pozwala wyznaczyć rozkłady głębokościowe pierwiastków, przy zastosowaniu dodatkowo kanałowania, mamy możliwość wyznaczenia rozkładów głębokościowych defektów, krótki czas pomiaru.

37 37 Czekamy na Wasze próbki!


Pobierz ppt "Badanie warstw powierzchniowych materiałów metodą rozpraszania jonów wstecz (RBS) Karolina Danuta Pągowska Instytut Problemów Jądrowych."

Podobne prezentacje


Reklamy Google