Szigetelő anyagok ionnyalábos analízise Fizikus vándorgyűlés, Szeged 2016. augusztus 24-27. Szilágyi Edit, Kótai Endre MTA Wigner FK, Nukleáris Anyagtudományi Osztály

Az előadás vázlata Szigetelő minták viselkedése ion besugárzás során árammérés problémái; feltöltődés, szikrázás, világítás. Miért zavar, és hogyan kerülhetjük el a minták feltöltődést? csomagolás; vezető bevonatok (vékony fém, C, stb.); „elegendően” kis áramerősség használata; elektronforrás. Összefoglalás

MBE kalibrációs minta: Pt/Ti szilíciumon Ionnyalábos analízis Ionnyalábos analízis (RBS, ERDA, NRA, PIXE, IL …) során az ionnyaláb által kiváltott reakciótermék (részecske, röntgen, gamma, fény, stb.) energiaeloszlásából következtetünk a minta összetételére. A mérések kiértékeléshez szükséges a mérés dózisa, Q. MBE kalibrációs minta: Pt/Ti szilíciumon

Árammérés Árammérési lehetőségek: a mintatartón, a kamra, mint Faraday-kalitka használatával, transzmissziós Faraday-kalitka A kalitka előnye: a minta minőségétől, geometriájától független; elektronforrás alkalmazható; F. Pászti et al., Nucl. Instr. Meth B47 (1990) 187.

Zavaró fények: kopásállóság növelése nitrogén implantációval koptatógép Kvarc rúd mérése. Felbontás javítása: vakdetektor !!! E. Szilágyi et al., Nucl. Instr. Meth B58 (1991) 98.

Feltöltődés Feltöltődés megelőzésének módszerei: Csomagolás; Vezető bevonatok (vékony fém, C, stb.); „Elegendően” kis áramerősség használata; Elektronforrás alkalmazása. Feltöltődés hatása a spektrumokon: Élek eltolódása; Élek elmosódása;

Feltöltődés hatásai Töltésállapot változás lehet szóródás közben! D.E. Szőcs et al., Nucl. Instr. Meth B268 (2010) 1857.

Bevonatok alkalmazása PIXE-nél alkalmazható a vezető spray, ez RBS/ERDA-nál viszont nem elég egyenletes; A bevonat lehetőleg vékony, és egyenletes legyen; Vékony (néhány nm) szén- vagy aranybevonat megfelelő, de „ne zavarja a spektrumot”. Hátrány: Külön mintakészítő berendezést igényel; Ionlumineszcenciánál a bevonat nem alkalmazható, ott legtöbbször már a vákuumból származó felületi lerakódás is zavaró lehet.

Bevonatok alkalmazása Implantált üveg spektrumai feltöltődve, illetve szénbevonattal. A két mérés között változhat a feltöltődés mértéke, illetve a töltésállapotok aránya is, ezért a feltöltődés megszüntetése szükséges.

Áramerősség csökkentése Előnye: Szinte mindig alkalmazható; Geometriától, foltmérettől függhet a megfelelő áramerősség. Néhány (1-5) nA már megfelelő; Hátránya: Mérési idő növekszik. Csak „érzésre” lehet csinálni. A szikrázást elkerülhetjük, de a minta feltöltődését esetleg nem.

ERDA - Hidrogén meghatározása Hidrogén eloszlás plexiben (poli(metil-metakrilát)-ban). A feltöltődött spektrumok felületi élei kb. 20 keV-vel csúszott el. Alakja torzulhat az alkalmazott abszorbens miatt. Elektronforrás + vakdetektor !

Elektronforrás fényszennyezése Ionlumineszcenciánál az elektronforrás fényszennyezése zavarhat. Bevonat szóba se jöhet. Csomagolás korlátozza a mérést. Ekkor csak az áramerősség csökkentése a megoldás.

Összefoglalás Szigetelő minták méréséhez: elektronforrás mintatartó transzmissziós Faraday-kalitka vak detektor Szigetelő minták méréséhez: a legtöbb esetben ideális megoldás a transzmissziós Faraday-kalitka + vak detektor + elektronforrás együttes alkalmazása, ionlumineszcenciánál pedig az áramerősség csökkentése.

Köszönöm a hallgatóság figyelmét! Köszönetnyilvánítás Horváth Zsolt Endre Sáfrán György Vértesy Zsófia †Pászti Ferenc Seres Csaba Kostka Pál Bányász István Bogdán Csilla Merkel Dániel Szőcs Dániel Köszönöm a hallgatóság figyelmét!