Universidade de São Paulo Instituto de Física FAP5844 - Técnicas de Raios-X e de feixe iônico aplicados à análise de materiais Manfredo H. Tabacniks FI4 - 2008

Principais processos de freamento de íons na matéria... RADIAÇÃO DE FREAMENTO ELÉTRON SECUNDÁRIO Ee>100eV TRAÇO SECUNDÁRIO Ep< 5keV TRAÇO SECUNDÁRIO Ep>5000eV COLUNA IONIZADA TRAÇO PRIMÁRIO ~2 nm PROJÉTIL IÔNICO Par e-íon E* ~30eV ÁTOMO de RECUO “Bolha” de elétrons secundários 10-100eV Adaptado de Choppin, Liljenzin e Rydberg, Radiochemistry and Nuclear Chemistry, 2002.

... e seu uso na análise de materiais RADIAÇÃO DE FREAMENTO RADIAÇÃO DE FREAMENTO ELÉTRON SECUNDÁRIO Ee>100eV PIXE TRAÇO SECUNDÁRIO Ep< 5keV TRAÇO SECUNDÁRIO Ep>5000eV COLUNA IONIZADA TRAÇO PRIMÁRIO ~2 nm RBS PROJÉTIL FRS IÔNICO Par e-íon E* ~30eV ÁTOMO de RECUO “Bolha” de elétrons secundários 10-100eV Adaptado de Choppin, Liljenzin e Rydberg, Radiochemistry and Nuclear Chemistry, 2002.

Feixe de fótons na matéria Feixe de íons na matéria Dx

RBS- Principais processos físicos Fator de Freamento Fator Cinemático Seção de Choque Stragling

Poder de freamento (stopping power)  é a densidade de massa do meio N é a densidade atômica total do meio

Aproximação de superfície Feixe de íons na matéria Dx

fator de freamento (aproximação de superfície) Eo KEo E1 E KE q1 q2 relação linear entre DE e x fator de poder de freamento fator de seção de choque de freamento

Regra de Bragg (fator de freamento para compostos)

Fator Cinemático: Espalhamento elástico q E1 Z1, M1 E0 E2, Z2, M2 Espalhamento “head on”

Fator Cinemático K1 Maior derivada q Chu, Mayer & Nicolet, 1978

Seção de choque de espalhamento dq d ds R seção de choque átomos/cm2 área do pico

Seção de choque no laboratório Seção de choque de espalhamento Rutherford 5:1000 E1, Z1, M1 E2, Z2, M2 q Seção de choque no CM Seção de choque no laboratório

Seção de Choque Chu, Mayer & Nicolet, 1978

Z A Espectro de camadas monoatômicas 16 19 28 32 56 75 93 209 83 41 33 14 16 26 33 41 83 Z 16 19 28 32 56 75 93 209 A

Straggling Fórmula de Bohr espessura densidade atômica Variação quadrática média da distribuição de energia Fórmula de Bohr espessura densidade atômica Santos et. al. Phys. Rev. A68 (2003)

 FRS RBS RBS-FRS Poder de Freamento Fator de Freamento Medido Densidade elementar na amostra: átomos/cm2 Fator de Freamento Seção de choque Rutherford

RBS – Estequiometria de um composto E1(C) = KCEo - [S].t E1(O) = KOEo - [S].t E1(Si) = KSiEo - [S].t

Altura de picos e patamares xi q1 na superfície Hk d

Áreas de picos

RBS – Contaminantes na superfície (oxidação) Condição Inicial TAmb, t=0s Amostra Recozida T = 180 °C, Dt= 2, 4, 16 h Atmosfera de O2

RBS – Reações na interface de filmes finos CONDIÇÃO INICIAL Tamb, t=0 Si W AMOSTRA RECOZIDA Dt = 2,4,16h T=500° Atmosfera WSi2 RBS para estudos de transporte de massa em filmes finos

RBS - Efeito da espessura (amostra de TiO2) n e r g y ( M e V ) . . 5 1 . 1 . 5 2 . 2 . 5 5 50 nm 200 nm 1 mm 5 mm superfície Ti 2 / 1 ) 4 r s m / V e Ti (1) 3 superfície O k / C u / # ( 2 d O (2) l e i Fe (1%) Y 1 1 2 3 4 5 C h a n n e l

Centro de energia de um pico centro do pico H H/2

Rugosidade

Ressonâncias

Ressonâncias