Method Article

Nükleer Reaksiyon Analizi Derinlik Profiling yoluyla Yüzey ve Arayüz Katmanlar ve Dökme Malzeme Hidrojen Konsantrasyonları miktar tayini

DOI:

10.3791/53452

⸱

March 29th, 2016

 ,  ,  ,  , 
1Institute of Industrial Science, The University of Tokyo, 2Micro Analysis Laboratory, Tandem accelerator, The University Museum, The University of Tokyo

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Biz 1 H uygulanmasını göstermektedir (15 N, αγ) sayısal ses, yüzeyin üzerindeki hidrojen atomlarının yoğunluğunu değerlendirmek ve katı maddelerin bir ara yüzey katmanında 12 C rezonans nükleer reaksiyon analizi (NRA). 2 / Si (100) yığınlar bir Pd (110) tek kristal ve SiO yüzeye yakın hidrojen derinlik profilleme tarif edilmektedir.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Rezonans 1 H yoluyla nükleer reaksiyon analizi (NRA) (15 N, αγ) 12 C reaksiyon nicel ve olmayan yıkıcı arayüzleri de yüzeylerde hidrojen yoğunluğu dağılımı, ortaya derinlik profilleme son derece etkili bir yöntemdir ve hacminin yüksek derinlik çözünürlüğü ile katı maddeler. Teknikte elektrostatik hızlandırıcı sağladığı 6,385 MeV 15 K iyon demeti olup, özellikle de yaklaşık 2 um, hedef yüzeyden kadar derinliklerinde 1H izotopu tespit eder. Yüzey lH Kapsamlı ~ 10 ila 13 cm için bir hassasiyetle ölçülür -2 (~ 1 tipik bir atom tek tabakalı yoğunluğunun%) ~ 10 ila 18 cm arasında bir saptama sınırı ve H hacim konsantrasyonu 3 (° 'de 100. Ppm ). Yüzeye yakın derinlik çözünürlüğü hedef üzerine yüzey normal 15 N iyon insidansı 2-5 nm ve ADOP tarafından çok düz hedefler için 1 nm altında değerlere gelişmiş olabilirting bir yüzey otlatma sıklığı geometrisi. yöntem, çok yönlü ve hali hazırda düz bir yüzey (gözenekler) ile herhangi bir yüksek vakum uyumlu homojen malzemeye uygulanır. Elektriği ileten hedefler genellikle ihmal edilebilir bozulma ile iyon demeti ışınlama tahammül. Hidrojen kantitatif ve doğru derinlemesine analiz temel kompozisyon (yanında hidrojen) ve hedef malzemenin kütle yoğunluğunun bilgi gerektirir. Özellikle yerinde bir hedef hazırlanması ve karakterizasyonu, 1 saat süre ile ultra yüksek vakum yöntemleri ile kombinasyon halinde (15 N, αγ) 12 C NRA ideal atomik kontrol yüzeyleri ve nano yapılı arayüzleri hidrojen analizi için uygundur. Bu örnek olarak burada (1) elde edildi yüzey kaplama ve Pd maruz kalan bir H2 yüzeye yakın bölgede hidrojen toplu konsantrasyonunu ölçmek için Tokyo Üniversitesi MALT Tandem gaz tesisinde 15 N NRA uygulanmasını göstermektedir(110), tek kristal ve (2) Si (100) üzerinde ince SİO2 filmlerin arayüzleri yakınındaki hidrojen derinliği konumu ve katman yoğunluğu belirlemek için.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

bir kirlilik olarak ya da malzemelerin çok çeşitli bir kurucu ve hidrojen kaynaklı etkileşim olayların zenginlik olarak hidrojen yaygınlığı birçok alanında önemli bir görev yüzeye yakın bölgede ve katıların gömülü arayüzleri hidrojen dağılımı ortaya yapmak mühendislik ve temel malzeme bilimi. Tanınmış bağlamlarda nükleer ve füzyon reaktörü mühendisliği, epitaksiyel büyüme imalat ve hydrogen hidrojen kaynaklı yüzey etkileri hidrojen enerji uygulamaları, yakıt hücresi, fotoğraf ve hidrojenasyon kataliz, hidrojen tutma ve kırılganlığını depolama ve arıtma malzemeleri hidrojen emilim çalışmalarını içermektedir yarı iletken cihaz teknolojisi ile ilgili elektrik güvenilirl....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Deney 1. Planlama

  1. Ölçüm görevi (yüzey hidrojen, toplu ya da arayüzey hidrojen BL-2C BL-1E) bağlı faiz MALT hızlandırıcı demet hattı belirleyin. NRA ölçümleri ve bunların gerekli hazırlıkların detaylarını görüşmek için yardımcı bilim adamı (şu anda MW veya KF) başvurun.
  2. Bir ışın süresi başvuru formu indirin ve MALT web sitesinde 31 Son başvuru tarihini gözlemlemek.
    Not: MALT tesis her Mart ve Eylül aylarında yaz için (Nisan-Eylül) ve kış (Ekim-Mart) buçuk yıl terimleri, sırasıyla yeni proje önerilerini davet ediyor.
  3. ışın süresi teklifi yazma ve MALT web sitesinde anlatılan şekilde gönderin.
  4. MALT web 31

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Şekil 4, yüzeye yakın H2 NRA H profilleri 1.33 x 10 -6 Pa H2 arka basınç altında Pd 90 K bir numunesi sıcaklığında BL-1E UHV sisteminde ölçülmüştür (110) -exposed. 15 N iyon insidansı enerji Pd (S = 3.90 keV / nm) durdurma gücünü kullanarak derinlik sondalama haline getirilmiştir. Açık sembolü profili Pd dökme 15 hidrojenin emilmesini teşvik etmek 145 K 2.000 LH 2 Pd (110) bir numunesi, önceden ma.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Şekil 4 Pd (110) BL-1E UHV sisteminde tek kristalin örneğe verimli ayrım ve yüzeye adsorbe 15 N NRA yoluyla toplu absorbe hidrojen kantitatif göstermektedir. Üç profil yüzey H tepe yüksek tekrarlanabilirliği in-situ UHV numune hazırlama güvenilirliği ve NRA ölçümü tahribatsız doğa kanıtlıyor. ayrıca beklenen atom doyma yoğunluğu ile belirlenen H kapsama kantitatif anlaşma NRA ölçüm doğruluğunu göstermektedir. Şekil 4'te yakın H 2 NRA profilleri arasınd.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Yazarlar, rekabet eden hiçbir finansal çıkarları olmadığını beyan ederler.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Biz büyük ölçüde uzaktan veri toplama PC'den MALT hızlandırıcı parametrelerini kontrol ederek NRA H derinlik profillerinin otomatik ölçümü sağlayan yazılım uygulanması için M. Matsumoto teşekkür ederiz. Biz BL-1E UHV sisteminde ustaca performans Pd (110) örnek hazırlıkları ve NRA ve TDS ölçümleri için K. Namba teşekkür ve hızlandırıcı operasyonda teknik yardım C. Nakano. SiO 2 / Si (100) örnek minnetle NEC Corporation, Japonya Z. Liu bir nezaket olarak alınır. Bu çalışma kısmen Hibeler-Aid Bilimsel Araştırma (Hibe numaraları 24246013 ve 26108705) yanı sıra, yenilikçi Alanlarında Bilimsel Araştırma Hibe-in-Aid ile Bilim Teşvik Japan Society (JSPS) Taraf....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Malzeme< / güçlü >
Pd tek kristal & nbsp;SPL (Yüzey Hazırlama Laboratuvarı), http://www.spl.eu/products.html veya diğer herhangi bir uygun tedarikçiSpesifikasyona göre sipariş verildiDisk, 9 mm çap, (110) yönlendirilmiş, < 0,5 derece veya daha az hizalanmış, bir tarafı < 0,3 mm pürüzlülüğe kadar cilalı, kendi kendine hazırlanmış numune 
H2 gazJoutou Gas Corporation, Ltd., Japonya, http://www.jyotougas.co.jp/item/gas.html(%99,9995) veya diğer herhangi bir uygun tedarikçi
O2 gazJoutou Gas Corporation, Ltd., Japonya, http://www.jyotougas.co.jp/item/gas.html(%99,99) veya diğer uygun tedarikçiler
Ar gasJoutou Gas Corporation, Ltd., Japonya, http://www.jyotougas.co.jp/item/gas.html(% 99.99995) veya başka herhangi bir uygun tedarikçi
Tantal / TelThe Nilaco Corporation, http://nilaco.jp/en/order.phpTA-411325(% 99.95), 0.3 mm çap veya başka herhangi bir uygun tedarikçi
Alumel / Wire Nilaco Corporation, http://nilaco.jp/en/order.php8512660,2 mm çapında veya başka herhangi bir uygun tedarikçi
Krom / Tel (Krom)Nilaco Corporation, http://nilaco.jp/en/order.php861266 0,2 mm çapında veya başka herhangi bir uygun tedarikçi
Ekipman
3 keV Raster İyon Bombardıman Tabancası ve KontrolüVARIAN, http://www.eurovac.se/docs/varian1.htm981-2046 Güç Kaynağı, 981-2043 İyon Tabancasıveya başka bir uygun üreticinin eşdeğeri ürünü
LEED-AUGER OpticsOCI, http://www.ocivm.com/spectrometer_bdl800ir.htmlbaşkabir uygun üreticinin BDL600IR veya eşdeğeri ürün
Dört Kutuplu Kütle SpektrometresiPfeiffer Vakum, http://www.pfeiffer-vacuum.com/Prisma QMS 200veya
PE-3001http://www.powerandenergy.com Paladyum Hidrojen ArıtmaPower + Energy Inc.'; P + E H2 temizleyicileri artık SAES Pure Gases Inc., http://www.saespuregas.com/Products/Gas-Purifier/Hydrogen/Palladium-Membrane/Palladium-Purifier-PE2100.html'nin işidir
%99.99999999 saflıktain eşdeğer ürünü

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Lanford, W. A. Analysis for hydrogen by nuclear-reaction and energy recoil detection. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. 66 ((1-2)), 65-82 (1992).
  2. Lanford, W. A. Nuclear Reactions for Hydrogen Analysis, Chapter 8. Handbook of Modern Ion Beam Materials Analysis. JR, T. esmer,....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Nuclear Reaction AnalysisHydrogen Depth ProfilingSurface Hydrogen CoverageBulk Hydrogen ConcentrationIon Beam AnalysisDepth Resolution EnhancementUltra High Vacuum ChamberMALT Tandem AcceleratorPalladium Single CrystalSilicon Dioxide Thin Film

Related Articles