Atom Probe tomografias no Cu (In, Ga) Sé

O objetivo geral deste procedimento é determinar a correlação entre a composição química e a estrutura dos contornos de grão de CIGS. Isso é realizado primeiramente removendo um fragmento do material de CIGS e montando uma parte dele sobre os pinos afiados de molibdênio de uma grade semiesférica de microscopia eletrônica de transmissão. O segundo passo consiste em realizar uma medida de difração de elétrons retroespalhados na seção transversal do fragmento de CIGS, que foi previamente limpa em um feixe de íons focado.

A seguir, realiza-se a fresagem anular na região de um contorno de grão selecionado. O objetivo desta etapa é obter, ao final, uma ponta muito afiada com cerca de 50 nanômetros de diâmetro. O passo final consiste em localizar a posição exata do contorno de grão dentro da ponta utilizando o microscópio eletrônico de transmissão e posicionar esse contorno de grão próximo ao ápice da ponta utilizando a ferramenta de feixe de íons focados.

No final das contas, estudos de tomografia por sonda atômica realizados na ponta preparada revelaram a composição química do contorno de grão selecionado em escala nanométrica. A principal vantagem dessa técnica em relação ao método padrão existente de extração direta é que podemos correlacionar diretamente a composição química com as informações estruturais, como o tipo de contorno de grão e a desorientação. Este método pode ajudar a responder questões fundamentais relacionadas aos diques de CHS vol, tais como a redução do custo de produção com o aumento da eficiência.

De fato, interfaces internas como contornos de grão podem desempenhar um papel fundamental, pois podem afetar a recombinação e o transporte de carga. Como esta abordagem é, em princípio, aplicável a todos os materiais com tamanhos de grão acima de 500 nanômetros que podem ser caracterizados por tomografia APRO. Geralmente, o método atual é desafiador para indivíduos novos na área, pois eles precisam ter habilidade nas técnicas de fração de elétrons retroespalhados com feixe focado I e B e microscopia eletrônica de transmissão.

Nós inicialmente tivemos a ideia de desenvolver este método quando descobrimos que a concentração de impurezas em um determinado sódio varia de um contorno de grão CIGS para outro. Comece criando uma fonte de material CIGS para estudo. Nesta demonstração, 500 nanômetros de molibdênio foram sputterizados sobre um substrato de vidro de soda-cálcio com três milímetros de espessura, e dois micrômetros de CIGS foram co-evaporados sobre o molibdênio. Em seguida, crie a estrutura que será usada para suportar um espécime.

Corte uma grade de microscopia eletrônica de transmissão maum em dois pedaços, monte a metade da grade em um suporte especialmente projetado, e eletropolisse os pinos maum em hidróxido de sódio a 5% para obter pontas afiadas com diâmetros menores que dois micrômetros, trabalhando com um Facho de Íons Focado. Faça duas trincheiras no filme CIGS que subcavam uma região de aproximadamente 25 micrômetros por dois micrômetros. Em seguida, use o feixe para soltar o lado esquerdo da região.

Agora, deposite uma solda de platina na região e fixe um micromanipulador com isso no lugar. Faça o corte final no lado direito da região para obter uma seção autossustentada do material. Corte as pontas dos pinos afiados da grade semi-circular para criar superfícies com diâmetro de dois a três micrômetros, formando uma boa plataforma e junção para a seção extraída.

Monte a seção extraída do material CIGS nos pinos usando uma solda de platina. Uma vez que a amostra esteja fixada, faça um corte livre para deixar apenas um pedaço de aproximadamente dois micrômetros de CIGS na parte superior do pino. Por fim, preencha o espaço entre o pino e o pedaço montado com platina.

Oriente a grade com os pinos voltados para cima. Ajuste o feixe Dion para ter uma tensão de aceleração de cinco quilovolts e uma corrente de feixe inferior a 50 picoampères. Use o feixe para limpar a seção transversal da amostra na extremidade.

Realize medições de difração de retroespalhamento de feixe de elétrons na seção transversal limpa. Com base nos dados, escolha uma junção de grão de interesse. Idealmente, escolha uma junção de grão que seja perpendicular à direção de análise da sonda atômica.

Aqui, a escolha é indicada pela posição esquemática da ponta para tomografia por sonda atômica. Configure o feixe de íons focado para realizar usinagem anular, formando uma ponta afiada próxima ao contorno de grão escolhido. Realize a usinagem anular no final.

A ponta afiada deve ser adequada para microscopia eletrônica de transmissão adicional. Após a formação da ponta, utilize microscopia eletrônica de transmissão para localizar a posição precisa do contorno de grão em relação ao seu ápice. Com o contorno de grão localizado, retorne a amostra ao feixe de íons focado operando em cinco quilovolts e menos de 50 picoampères.

Continue moendo a amostra até posicionar o contorno de grão a no máximo 200 nanômetros abaixo do ápice da ponta. Monitore o processo por microscopia de elétrons secundários. Agora, de volta ao microscópio eletrônico de transmissão, verifique a posição do contorno de grão em relação à ponta utilizando baixas magnificações e tempos reduzidos de exposição para limitar danos.

Elabore uma imagem de visão geral do espécime para obter conhecimento sobre o contorno de grão. Posicione o diâmetro do espécime e o ângulo do meia haste. Para iniciar o processo, monte a amostra de caracterização prévia no suporte de tomografia de sonda atômica.

Em seguida, monte o suporte em um dos três carrosséis disponíveis. Insira o carrossel na câmara de carga e inicie a bomba de vácuo. Quando a pressão na câmara de carga for de aproximadamente 100 nano tor, insira o carrossel na câmara tampão.

Em seguida, resfrie o sistema abaixo de 60 kelvin para evitar a difusão dos átomos na superfície do espécime durante a análise. Uma vez que o sistema esteja resfriado, inicie a medição após configurar o aparelho no modo laser, utilizando um laser verde com comprimento de onda de 532 nanômetros e duração de pulso de 12 picosegundos. Por fim, configure o aparelho no modo automático para análise de dados.

Utilize o software integrado de visualização e análise. Os dados brutos das medições estão contidos em um arquivo RHIT. Para reconstruir o mapa 3D, verifique se você possui o arquivo correto utilizando o painel de configuração.

Realize os passos padrão de configuração do Adam. Após a conclusão da configuração, sonde os dados de tomografia para reconstrução e escolha o método de perfil da ponta. Isso utilizará os dados de microscopia eletrônica de transmissão previamente obtidos.

Após a conclusão das etapas, confirme a pré-visualização criada na aba de reconstrução e salve a análise. Esta é uma vista lateral tridimensional do contorno de grão de alto ângulo A-C-I-G-S analisado pela técnica de tomografia por sonda atômica. Esse contorno de grão foi selecionado utilizando o método de preparação específica de sítio.

Mostrado neste vídeo, o ângulo de desorientação deste limite verde é de 28,5 graus. Esses mapas mostram claramente a co-segregação de sódio, oxigênio e potássio, respectivamente, no limite. Essas impurezas provavelmente difundiram para fora do substrato de vidro soda-cálcico e penetraram na camada absorvedora durante a deposição da camada CIGS a 600 graus Celsius.

Para a mesma amostra, os perfis de profundidade de concentração de selênio, cobre, índio e gálio ao longo do contorno de grão são mostrados à esquerda. Devido às diferentes escalas, os perfis de profundidade de concentração de sódio, oxigênio e potássio são mostrados à direita. As concentrações no contorno de grão destacado em cinza são diferentes em comparação com o interior verde.

Tanto o cobre quanto o gálio estão esgotados nesse limite verde, enquanto o índio está enriquecido. Isso está de acordo com cálculos teóricos de funcional da densidade ab initio. Além disso, o sódio apresenta a maior concentração nesse limite, 1,7 por cento atômico, seguido pelo oxigênio e potássio, com concentrações de 0,4 por cento atômico e 0,035 por cento atômico, respectivamente Uma vez músculo.

A preparação específica de amostras no local pode ser realizada em 20 horas para seis amostras, se for executada corretamente. A aplicação desta técnica exige experiência com quatro métodos diferentes, concentrados na moagem INB, microscopia eletrônica de transmissão, difração de elétrons retroespalhados e, é claro, tomografia APRO. Após o desenvolvimento, outras técnicas, como luminiscência, podem ser realizadas para responder perguntas adicionais, como recombinação ou atividade da carga coréia nos contornos de grão selecionados.

Essa técnica abriu caminho para pesquisadores na área de ciência dos materiais explorarem e compreenderem fenômenos físicos em escala nanométrica. Após assistir a este vídeo, você poderá ter uma boa compreensão de como preparar uma amostra específica de local para a técnica de tomografia por sonda atômica, especialmente quando interfaces internas, como fronteira de grão, precisam ser analisadas.