Ανάπτυξη μεθοδολογίας εξαγωγής κατανομής βάθους εμφυτευμένων ιόντων υψηλών ενεργειών με χρήση GIXRF

Τσακίρης, Θεοφάνης; Tsakiris, Theofanis

dc.contributor.author	Τσακίρης, Θεοφάνης	el
dc.contributor.author	Tsakiris, Theofanis	en
dc.date.accessioned	2022-10-31T10:52:17Z
dc.date.available	2022-10-31T10:52:17Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/56047
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.23745
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Φυσική και Τεχνολογικές Εφαρμογές”	el
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Τεχνική φθορισμού ακτινων Χ παράλληλης πρόσπτωσης	el
dc.subject	Εμφύτευση ιόντων	el
dc.subject	Εξαγωγή προφίλ βάθους	el
dc.subject	Ακτινοβολία σύγχροτρον	el
dc.subject	Ανάλυση μέσω ανίχνευσης ελαστικά σκεδαζόμενων ανακρουόμενων πυρήνων	el
dc.subject	GIXRF	en
dc.subject	Ion implantation	en
dc.subject	Depth Profiling	en
dc.subject	Synchrotron radiation	en
dc.subject	ToF-ERDA	en
dc.title	Ανάπτυξη μεθοδολογίας εξαγωγής κατανομής βάθους εμφυτευμένων ιόντων υψηλών ενεργειών με χρήση GIXRF	el
dc.title	Methodology for depth profiling of implanted high energy ions using GIXRF	en
heal.type	masterThesis
heal.classification	Φασματοσκοπία Φθορισμού ακτινών Χ	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2022-06-10
heal.abstract	Στους κλάδους που αφορούν κατασκευή μοντέρνων τεχνολογικών υλικών αξιοποιούνται συχνά τεχνικές όπου μεταβάλλονται οι φυσικές ιδιότητες ενός υλικού μέσω της εμφύτευσης ξένων ατόμων. Συνεπώς, η ακριβής γνώση των χαρακτηριστικών του προφίλ βάθους των εμφυτευμάτων, είναι ιδιαίτερης σημασίας για τις τεχνολογικές εφαρμογές. Ο σκοπός της συγκεκριμένης εργασίας είναι να προταθεί μια μη καταστροφική μέθοδος εξαγωγής πληροφορίας στοιχειακού προφίλ βάθους με χρήση της τεχνικής φθορισμού ακτινών Χ «παράλληλης» (ή οριζόντιας ή ξυριστικής) πρόσπτωσης, η οποία χαρακτηρίζεται από τη δυνατότητα μελέτης εμφυτευμένων ιόντων σε ποσότητες μη ανιχνεύσιμες από άλλες μεθόδους. Για το σκοπό αυτό, έγινε επέκταση ενός προσφάτως προταθέντος μαθηματικού μοντέλου, που συνδέει τα χαρακτηριστικά της κατανομής με το βάθος εμφυτευμένων ιόντων ν με τη ένταση της χαρακτηριστικής (φθορίζουσας) ακτινοβολίας Χ που εκπέμπουν κατά την ακτινοβόληση τους από μια μονοενεργειακή δέσμη ακτίνων Χ. Παράλληλα αναπτύχθηκε σε γλώσσα προγραμματισμού python λογισμικό προσαρμογής των πειραματικών δεδομένων στο θεωρητικό μοντέλο που αναπτύχθηκε. Tα δείγματα που μελετήθηκαν περιείχαν ιόντα Fe και Xe εμφυτευμένα σε υπόστρωμα πυριτίου, για διαφορετικές δόσεις και ενέργειες εμφύτευσης και κατασκευάστηκαν στο FAMA,“Vinča Institute of Nuclear Science”, Σερβία. Τα πειραματικά δεδομένα φθορισμού ακτινών Χ συλλέχθηκαν στην πειραματική γραμμή XRF της πηγής σύγχροτρον Elettra στη Τεργέστη Ιταλίας, έπειτα από ακτινοβόληση των δειγμάτων με μονοενενεργειακή φωτονική δέσμη ενέργειας ίσης με 8 keV. Τα αποτελέσματα εξαγωγής πληροφορίας βάθους από την προτεινόμενη τεχνική συγκρίθηκαν με προφίλ βάθους προσδιορισμένα μέσω της τεχνικής ToF-ERDA, για την οποία πραγματοποιήθηκαν συμπληρωματικές μετρήσεις στο Ruđer Bošković Institute (RBI), Ζάγκρεμπ, Κροατία. Τόσο οι ομοιότητες όσο και οι παρατηρούμενες αποκλίσεις των δύο τεχνικών στα προφίλ εμφύτευσης συζητώνται αναλυτικά, με σκοπό να γίνουν κατανοητά τα πλεονεκτήματα και οι πιθανές αδυναμίες της προτεινόμενης τεχνικής.	el
heal.abstract	In the field of modern technological material manufacturing, techniques concerning the implantation of foreign atoms in various matrices are often employed because of the resulting modification in the irradiated material’s physical properties. For this reason, the precise knowledge of the depth profile characteristics for every ion species implanted, is of the utmost importance. The aim of this work is to propose an alternative methodology to obtain depth profile information, in a non-destructive manner, using grazing incidence X-ray fluorescence (GIXRF) spectrometry. Due to the high atomic cross-section values, this proposed methodology could potentially succeed in determining the depth profile of samples implanted with doses as low as 10^14 atoms/cm^2. The proposed methodology further extends a recently proposed model , so as to cope with more complex structures resulting by the sequential implantation, with variable beam energies, of two different ion species, namely with medium and high atomic numbers. In order to obtain depth profile information, a theoretical formalism, connecting the characteristics of the implantation distribution to the measured characteristic X-ray intensities, is introduced. In the theoretical model, the implantation depth profiles are assumed as Gaussian-shaped and depth information for each ion species is extracted independently, meaning that, while studying an implanted ion, the distributions of other implanted ion species are not accounted for. Finally, the methodology requires a fitting process of the theoretical model to the experimental GIXRF data, for this reason a custom software suite was developed using Python. The targets used, were manufactured in FAMA, located in the Laboratory of Physics, Vinča Institute, Belgrade, Serbia. Using a plasma source of multiply-charged heavy ions, natFe and 131Xe ions were implanted in Si (111) wafers, 1 inch in diameter, in the random direction. The nominal implantation doses varied from 10^14 to 10^16 atoms/cm^2 and the implantation energies were chosen in the range of 60-400 keV. The GIXRF measurements were conducted at the XRF beamline of “Elettra” Sincrotrone Trieste, Italy. In the present work, the excitation energy of the probing beam was tuned to 8 keV, in order to ionize the K shell electrons in Si and Fe and the L shell electrons in Xe, leading to the respective characteristic X-ray emissions. For each wafer, an angle-dependent scan, using a variable angular step, was performed in the angular range of 0-15 degrees (grazing angle). The results from the analysis are critically discussed and compared with the depth profiles obtained from a complementary ToF-ERDA experiment conducted at RBI, Zagreb, Croatia, with the aim of precisely determining both the strengths and the potential limitations of the proposed technique.	en
heal.advisorName	Καρύδας, Ανδρέας Γερμανός	el
heal.committeeMemberName	Κόκκορης, Μιχαήλ	el
heal.committeeMemberName	Λαγογιάννης, Αναστάσιος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Φυσικών Επιστημών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	61 σ	el
heal.fullTextAvailability	false