6 MV Tandetron

Pracovný rozsah urýchľujúceho napätia Tandetronu je od 300 kV do 6 MV Pomocou neho je možné urýchľovať takmer všetky prvky, t. j. od vodíka po zlato, okrem inertných plynov. Celkový dosiahnuteľný rozsah energií urýchlených iónov pokrytý týmito dvomi zariadeniami predstavuje interval od 10 keV po 50 MeV. Maximálna dosiahnuteľná energia je selektívna napr. pre vodík je to 12 MeV, pre hélium 18 MeV a pre ťažké prvky ako je zlato až 50 MeV.

 6MV tandetron

Analýza materiálov pomocou interakcie iónových zväzkov s látkou tzv. IBA (Ion Beam Analysis)

Pri IBA analýze sa využíva iónový zväzok s vysokou energiou, ako veľmi efektívny nástroj na skúmanie prvkového zloženia, do určitej miery aj štruktúry povrchových vrstiev materiálov. Vhodnou kombináciou dopadajúcich iónov, ich energie, uhla dopadu a materiálu vzorky si môžeme vybrať optimálne podmienky na experimentálne zistenie požadovaných informácií o vzorke. Následne podľa toho, akú zložku výstupu tejto interakcie, ktorá je emitovaná zo vzorky detegujeme, hovoríme o nasledovných analytických metódach:

  • RBS – Rutherford Backscattering Spectrometry alebo Rutherfordov spätný rozptyl – ak detegujeme energiu spätne rozptýlených iónov

Vzorka sa ostreľuje ľahkými iónmi, najmä héliom s energiou 1 až 3 MeV. Je vysoko citlivá na ťažké prvky v ľahkom substráte. Je to kvantitatívna metóda bez potreby použitia referenčných vzoriek. Pomocou RBS môžeme zmerať: 

- hĺbkové koncentračné profily jednotlivých prvkov zastúpených vo vzorke vrátane hĺbkového zastúpenia stopových prímesí 

- hrúbku tenkých vrstiev, 

- hĺbkové zloženie rozhraní vrstiev, 

- hrúbku amorfnej časti na kryštalickom substráte, 

- ale aj difúzny profil, atď. 

Je vhodná na analýzu prvkov ťažších ako kyslík. S narastajúcou atómovou hmotnosťou sledovaných prvkov sa citlivosť metódy a zvyšuje. 

  • RBS kanálovanie/blokovanie – ak meriame uhlovú závislosť RBS spektra dopadajúcich/rozptýlených zo vzorky vychádzajúcich iónov vzhľadom na kryštalografické roviny a osi kryštalickej vzorky

Umožňuje stanoviť parametre kryštálovej mriežky, kvalitu kryštálu, stupeň amorfizácie, polohu prímesných prvkov v mriežke (intersticiálnu, substitučnú), atď.

  • ERDA – Elastic Recoil Detection Analysis alebo Analýza pružne vyrazených iónov – ak detegujeme energetické spektrum vyrazených iónov materiálu vzorky

Prednosťou tejto metódy je vysoká citlivosť na ľahké prvky v ťažkých substrátoch. Aktuálne vybavenie laboratória umožňuje merať hĺbkové koncentračné profily vodíka a ľahkých prvkov. Po kompletnom vybavení laboratória sa merací rozsah rozšíri aj na ťažšie prvky až po urán.

  • PIXE – Proton (Particle) Induced X-ray Emission alebo protónmi (časticami) vybudené rtg. žiarenie – ak detegujeme spektrum charakteristického rtg. žiarenia

Meraciu časť zariadenia pre túto metódu je nutné ešte dobudovať. NRA využíva hlavne rezonančné jadrové reakcie, vyvolané v dôsledku interakcie dopadajúcich iónov jadrami atómov vzorky. Najčastejšie sa registruje gama žiarenie, ako jeden z produktov jadrovej reakcie. Okrem prvkovej analýzy atómov s nízkym Z, umožňuje táto metóda merať napr. profil vodíka s vysokým hĺbkovým rozlíšením.

  • NRA – Nuclear Reaction Analysis alebo analýza pomocou jadrových reakcií – ak detegujeme produkty jadrových reakcií vybudené vo vzorke dopadajúcimi iónmi

Rozsah analýz je od povrchu do hĺbky typicky mikrometer, špeciálne až desiatky mikrometrov. Je možné skúmať tenké vrstvy aj nanovrstvy. Povrchové hĺbkové rozlíšenie je niekoľko nanometrov.Analytická citlivosť na prímesné prvky a nečistoty dosahuje úroveň ppm.

Photo:Schmidt B;Wetzig K.: Ion beams in materials processing and analysis (2013)

Modifikácia materiálov tzv. IBMM (Ion Beam Modification of Materials)

Využíva dve pracovné stanice:

  1. analytickú experimentálnu komoru
  2. vysoko-energetickú implantačnú komoru. 

Systém je pripravený na napojenie ďalších iónovodov s pracovnými stanicami a tým na rozšírenie svojej svojich experimentálnych, najmä analytických možností.

 

Ústav výskumu progresívnych technológií
Materiálovotechnologická fakulta STU
Jána Bottu 8857/25
917 24 Trnava
GPS:  48.37088 17.572509

MTF Logo

Logo STU