Jonfysik

Materialmodifiering med jonstrålar

Jonstrålar kan användas på ett flertal olika sätt för att manipulera materials egenskaper. I jonfysikgruppen använder vi jonimplantation i främst halvledande material, för att åstadkomma specifika koncentrationer av ett dopämne eller för att skapa ohmska kontakter.

Vi kan även använda denna teknik för att amorfisera enkristallina material och undersöka till exempel hur kristallstrukturen återställs.

Vid sidan av detta kan vi testa strålningshärdigheten hos material, till exempel elektroniska komponenter i rymdfarkoster, eftersom våra acceleratorer effektivt kan simulera kosmisk strålning.

Publikationer i urval

T. Chulapakorn, I. Sychugov, S.S. Suvanam, J. Linnros, D. Primetzhofer, and A. Hallén
MeV Ion Irradiation Effects on the Luminescence Properties of Si-nanoparticles
Physica Status Solidi C, 1-6 (2016) doi: 10.1002/pssc.201600077

Jonstrålebaserad materialanalys

När joner växelverkar med fasta material kan många olika processer inträffa beroende på jonslaget och de infallande partiklarnas energi. Joner sprids, träffade atomer kan lämna materialprovet, fotoner och elektroner sänds ut, kärnreaktioner kan inträffa. Dessa processer kan användas för att analysera material.

I vår grupp utförs alla standardanalysmetoder med jonstrålar i speciella strållinjer och experimentuppställningar. Vi har konventionell Rutherford Backscattering Spectrometry (RBS) för icke-destruktiv djupprofilering, Elastic Recoil Detection Analysis (ERDA) för detektion av lätta grundämnen, Nuclear Resonance Analysis (NRA) för isotopspårning, och Particle Induced X-ray Emission (PIXE) för spårämnesanalys. Några av dessa experiment kan genomföras med en mikrometerstor stråle. De kan också användas för att utforska kanalisering i enkristallina material.

Publikationer i urval

D. Kiefer, L. Yu, E. Fransson, D. Primetzhofer, A. Amassian, M. Campoy-Quiles, and C. Müller
A Solution Doped Polymer Semiconductor: Insulator Blends for Thermoelectrics
Advanced Science (2016) 1600203 doi: 10.1002/advs.201600203

A. Wagner, S. Pullen, S. Ott, D. Primetzhofer
The potential of ion beams for characterization of metal-organic frameworks
Nucl. Instr. and Meth. B 371 (2016) 327 doi: 10.1016/j.nimb.2015.10.059

Högupplöst djupprofilering och kristallografi

Med anledning av den pågående miniatyriseringen och även den ökade användningen av enkristallina material i elektronik, har vi satt upp ett flygtidssystem: Time-Of-Flight Medium-Energy Ion Scattering (TOF-MEIS). Med detta kan vi utföra djupprofilering och kristallografiska studier för prover som är alltför tunna för att undersökas med konventionell jonstrålebaserad materialanalys.

Med den här metoden kan vi erhålla information om filmsammansättning, homogenitet och kristallografi ner till 1 nm tjocklek. Eftersom vi tillämpar extremt låga partikelflöden i strålen är undersökningarna praktiskt taget icke-destruktiva.

Den här metoden har potential som ännu inte till fullo har utforskats, för framtida utveckling av elektronik och sensorer.

Publikationer i urval

P. Ström, P. Petersson, M. Rubel, D. Primetzhofer, S. Brezinsek et al.
Ion beam analysis of tungsten layers in EUROFER model systems and carbon plasma facing components
Nucl. Instr. and Meth. B 371 (2016) 355 doi: 10.1016/j.nimb.2015.09.024

Linnarsson M, Hallen A, Åström J, Primetzhofer D. et al.
New beam line for time-of-flight medium energy ion scattering with large area position sensitive detector
Review of Scientific Instruments 83(2012) 095107 doi: 10.1063/1.4750195

Grundforskning inom växelverkan mellan joner och fasta material

För att förfina och vidareutveckla de tillämpade metoderna och hitta nya sätt som jonstrålar kan användas för att vara till nytta för forskning och industri utforskar vi också grundläggande aspekter av växelverkan mellan joner och fasta material. Det här inkluderar bland annat studier av tvärsnitt för kärnreaktioner, inbromsning av joner i fasta material vid låga energier, och kristallografiska studier med jonstrålar.

Publikationer i urval

Primetzhofer, D.
Electronic interaction of medium energy ions in hafnium dioxide
Physical Review A 89 (2014) 032711 doi: 10.1103/PhysRevA.89.032711

Primetzhofer, D.
Inelastic energy loss of medium energy H and He ions in Au and Pt: Deviations from velocity proportionality
Physical Review B 86(2012) 094102 doi: 10.1103/PhysRevB.86.094102