Ajankohtaista

Väitös: 16.9. Ohutkalvojen analyysilaitteistoon uusi ilmaisin ja datankeruu (Julin)

Alkamisaika: perjantai 16. syyskuuta 2016, 12.00

Päättymisaika: perjantai 16. syyskuuta 2016, 15.00

Paikka: Ylistönrinne, FYS1

Jaakko Julin
FM Jaakko Julinin fysiikan väitöskirjan ”Instrumentation for time-of-flight elastic recoil detection analysis” tarkastustilaisuus. Vastaväittäjänä tohtori Ian Vickridge (Institut des NanoSciences de Paris, Ranska) ja kustoksena professori Timo Sajavaara (Jyväskylän yliopisto). Väitöstilaisuus on englanninkielinen.

Väitöstutkimuksessa parannettiin alkuaineiden syvyysprofilointiin käytetyn lentoaika-ERDA-mittauslaitteiston massaerotuskykyä ja syvyysresoluutiota. Vastaavia laitteistoja on käytössä maailmalla vain muutamia ja esteenä yleistymiselle on laitteiston tarvitsema isohko hiukkaskiihdytin ja kaupallisten ilmaisinlaitteistojen puute. Lentoaika-ERDA soveltuu hyvin mm. mikroelektroniikassa käytettyjen n. 1-300 nanometriä paksujen ohutkalvojen pääalkuaineiden ja epäpuhtauksien pitoisuuksien määrittämiseen.

Monessa laboratoriossa voitaisiin tehdä entistä tarkempia alkuaineanalyysejä entistä nopeammin ja pienempien hiukkaskiihdyttimien avulla. Soveltavan nanotieteiden tutkimus ja teollisuus hyötyisivät huippumenetelmien paremmasta saatavuudesta, Julin tiivistää.

Lentoaika-ERDA on ainoa menetelmä maailmassa, jonka avulla voidaan määrittää samanaikaisesti kaikkien ohutkalvonäytteen sisältämien alkuaineiden, mukaan lukien usein vaikeasti havaittavan vedyn, pitoisuus atomiprosentteina eri syvyyksillä. Mittaus tapahtuu pommittamalla näytettä hiukkaskiihdyttimen tuottaman raskasionisuihkun avulla ja tunnistamalla näytteestä ulospotkittujen yksittäisten atomien energia ja massa. Energiasta voidaan päätellä tämän atomin alkuperäinen syvyys näytteessä jopa nanometrin tarkkuudella. Tässä työssä kehitettiin kaasun ionisaatioon perustuva hiukkasilmaisin aiemmin käyttöönotettujen lentoaikaporttien yhteyteen ja otettiin käyttöön kehittynyt digitoiva datankeruujärjestelmä.

 Monen laboratorion elektroniikka on vielä ainakin osittain jopa 1970- ja 80-luvuilta. Modernilla datankeruulla, joka voidaan räätälöidä helposti useille tämän alan ilmaisimille ja ilmaisinjärjestelmille sopivaksi, on kysyntää, Julin toteaa.

Tutkimuksen laskennallisessa osassa kehitettiin tietokonesimulaatio, joka mallintaa tutkimuksessa kehitetyn kaltaisia ilmaisimia ja datankeruujärjestelmiä. Näin laitteiston ominaisuuksia voidaan ennustaa ja uusia instrumentteja voidaan suunnitella entistä tarkemmin. Simulaatioin voitiin toistaa mittaukseen vaikuttavia ilmiöitä, tuoden lisää näyttöä esimerkiksi mittaukseen taustaa tuottavista mekanismeista.


Lisätietoja:

Jaakko Julin, jaakko.julin@jyu.fi, puh. +358 40 757 6906
Viestintäharjoittelija Petra Toivanen, tiedotus@jyu.fi, puh. 040 805 3638

Jaakko Julin kirjoitti ylioppilaaksi Valkeakosken lukiosta vuonna 2004. Hän valmistui filosofian maisteriksi Jyväskylän yliopiston fysiikan laitokselta vuonna 2011. Tämän jälkeen hän on työskennellyt professori Timo Sajavaaran ohjauksessa kiihdytinpohjaisen materiaalifysiikan tutkimusryhmässä.

Teos julkaistaan sarjassa Department of Physics Research Report, ISSN 0075-465X, numerona 11/2016,  ISBN 978-951-39-6703-1 (paperiversio), ISBN 978-951-39-6704-8 (PDF). Teosta voi tiedustella fysiikan laitokselta.

 

Abstract

Time-of-flight elastic recoil detection is an ion beam based method to analyze the elemental composition of thin film samples at varying depths. In order to improve the mass resolution and to enable kinematic correction a position sensitive gas ionization chamber energy detector was constructed. This detector along with pre-existing timing detectors were connected to a modern fully digitizing data acquisition setup.This thesis describes the design of these instruments, including all aspects from the mechanical design of the gas ionization detector to the algorithm and software development of the digitizing acquisition setup. The performance of the system has been studied with measurements and Monte Carlo simulations. New methods to study the data acquisition and instrumentation related effects are introduced and these methods are extended to study a proposed low energy time- of-flight ERDA instrument design.

Lisätietoja

Jaakko Julin
jaakko.julin@jyu.fi
+358407576906
kuuluu seuraaviin kategorioihin: ,