Universidad de Chile Facultad de Ciencias Departamento de Física. Peĺıculas delgadas, fabricación y medida del Stopping Power sobre bicapas Cu-Al.

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Texto completo

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Creaci´on de Pel´ıculas Delgadas

Abstract. Hip´otesis de trabajo Respaldo Te´orico Montaje An´alisis de resultados. Conclusiones Agradecimientos logouniversidad.png Universidad de Chile Facultad de Ciencias Departamento de F´ısica

Pel´ıculas delgadas, fabricaci´on y medida del Stopping Power sobre bicapas Cu-Al.

Felipe Valencia Valentina Ortiz Diego Gonz´alez

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Creaci´on de Pel´ıculas Delgadas Abstract.

Hip´otesis de trabajo Respaldo Te´orico Montaje An´alisis de resultados. Conclusiones Agradecimientos

Abstract

Se restaurar´a un sistema de fabricaci´on de pel´ıculas

delgadas, con el fin de crear un serie de pel´ıculas

autosustentables de Cu, Al y bicapas Cu-Al. Se medir´an los

espesores de ellas usando como herramienta el m´etodo de

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Creaci´on de Pel´ıculas Delgadas

Abstract.

Hip´otesis de trabajo

Respaldo Te´orico Montaje An´alisis de resultados. Conclusiones Agradecimientos

Hip´otesis de Trabajo

El stopping power de una bicapa de Cu-Al depende del orden en que se encuentren las pel´ıculas que la componen.

Cu Al Al Cu

=

?

α

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Creaci´on de Pel´ıculas Delgadas

Abstract. Hip´otesis de trabajo

Respaldo Te´orico

Montaje An´alisis de resultados. Conclusiones Agradecimientos

Respaldo te´

orico

X ∆ X ∆ X ∆ Cu Al Cu Al E2 E 0 Diagrama bicapa. Se define el SP de un material como S = dE dx ' ∆E ∆x. (1)

El SP para la bicapa est´a dado por:

ST =

E2−E0

∆X

= (E2−E1) + (E1−E0)

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Creaci´on de Pel´ıculas Delgadas

Abstract. Hip´otesis de trabajo

Respaldo Te´orico

Montaje An´alisis de resultados. Conclusiones Agradecimientos

Donde los t´erminos de la ecuaci´on (2) pueden escribirse

como

ST =

SCu(E21)∆XCu+SAl(E10)∆XAl

∆X . (3)

El SP total es proporcional a la suma de cada SP ponderado por el espesor de la pel´ıcula.

¿Que ocurre si se cambia el sentido de la l´amina?

ST0 = SCu(E10)∆XCu+SAl(E21)∆XAl

∆X . (4)

Como S(E) en general no tiene comportamiento lineal y

depende directamente del material a usar, diremos:

S

T

6=

S

0

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Creaci´on de Pel´ıculas Delgadas

Abstract. Hip´otesis de trabajo Respaldo Te´orico

Montaje An´alisis de resultados. Conclusiones Agradecimientos

Montaje

Para el montaje contamos con una campana de vac´ıo, dos bombas rotatorias, una bomba difusora, dos medidores de pre-vac´ıo Pirani y un medidor de alto-vac´ıo Penning. Para conectar todas estas piezas agregamos mangueras y

abrazaderas de alta presi´on, uniones met´alicas, o’rings y

abrazaderas simples. Unimos las partes para crear un sistema de alto-vac´ıo como se muestra en el esquema de la Figura 1.

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Creaci´on de Pel´ıculas Delgadas

Abstract. Hip´otesis de trabajo Respaldo Te´orico

Montaje An´alisis de resultados. Conclusiones Agradecimientos

Montaje

Sistema alto-vac´ıo

Figura:Montaje del sistema. (1) Rotatoria 1, (2) Rotatoria 2, (3) Difusora, (4) Campana.

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Creaci´on de Pel´ıculas Delgadas

Abstract. Hip´otesis de trabajo Respaldo Te´orico

Montaje An´alisis de resultados. Conclusiones Agradecimientos

Montaje

Conexiones

Los extremos de las mangueras se conectan a las distintas piezas como se muestra en la figura

Se introduce la uni´on de duraluminio (5) en el extremo de la

manguera, y esta conexi´on se asegura con una abrazadera de

alta presi´on (6). Luego, con un o’ring sobre un anillo

met´alico (7) de intermedio se conecta este trozo a la v´alvula

o entrada de la bomba, seg´un sea el caso. Encima de esta

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Creaci´on de Pel´ıculas Delgadas

Abstract. Hip´otesis de trabajo Respaldo Te´orico

Montaje An´alisis de resultados. Conclusiones Agradecimientos

Generaci´

on de alto-vac´ıo

Antes de iniciar la secuencia de pasos para generar vac´ıo debemos hacer las siguientes consideraciones:

• Chequear que cada conexi´on est´e en las mejores

condiciones.

• La campana y todo el interior debe estar lo m´as limpio

posible y libre de humedad.

• Utilizar grasa de vac´ıo en las uniones y en el sello de

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Creaci´on de Pel´ıculas Delgadas

Abstract. Hip´otesis de trabajo Respaldo Te´orico

Montaje

An´alisis de resultados. Conclusiones Agradecimientos

Para generar alto-vac´ıo:

1 Encender rotatoria 1 (1)

2 Abrir v.1

3 Alcanzar presi´onP ∼10−2Torr en la bomba difusora(3)

4 Encender rotatoria 2 (2)

5 Abrir v.2

6 Encender difusora, encender ventilador

7 Alcanzar presi´onP ∼10−2Torr en la campana(5)

8 Abrir v.3, cerrar v.2

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Creaci´on de Pel´ıculas Delgadas

Abstract. Hip´otesis de trabajo Respaldo Te´orico

Montaje An´alisis de resultados. Conclusiones Agradecimientos

Sistema de Evaporaci´

on

Al interior de la campana se encuentra nuestro sistema de

evaporaci´on. Al encontrarse a baja presi´on, la temperatura

de evaporaci´on del material disminuye, lo que nos permite

realizar esta tarea, deposit´andolo sobre los sustratos que se

encuentran en la base. 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 Volts Transformador 220 Volts Variac Campana

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Creaci´on de Pel´ıculas Delgadas

Abstract. Hip´otesis de trabajo Respaldo Te´orico

Montaje An´alisis de resultados. Conclusiones Agradecimientos

Sistema de Evaporaci´

on

El canastillo (Wolframio) es un elemento importante en la

etapa evaporaci´on. ´Este entrega la energ´ıa al material que se

le deposita, hasta lograr su evaporaci´on. el, se permite la

evaporaci´on de este.

Canastillo

evaporar Material a

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Creaci´on de Pel´ıculas Delgadas

Abstract. Hip´otesis de trabajo Respaldo Te´orico

Montaje An´alisis de resultados. Conclusiones Agradecimientos

Sistema de Evaporaci´

on

El material que se evapora queda depositado sobre los

sustratos que se encuentran sobre elcanastillo, generando una pel´ıcula delgada sobre ellos.

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Creaci´on de Pel´ıculas Delgadas

Abstract. Hip´otesis de trabajo Respaldo Te´orico

Montaje An´alisis de resultados. Conclusiones Agradecimientos

Evaporaci´

on

Luego de que alcanzamos el vac´ıo adecuado, conectamos el

variac a 220[Volts], que nos permite variar el voltaje que se

entrega altransformador.)

Variamos lentamente el voltaje observando el volt´ımetro

conectado al variac.

Controlamos su aumento cuidando de que el canastillo no se

rompa, ni el material salga de ´el.

Volts

Transformador

220 Volts

Variac Campana

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Creaci´on de Pel´ıculas Delgadas

Abstract. Hip´otesis de trabajo Respaldo Te´orico

Montaje

An´alisis de resultados. Conclusiones Agradecimientos

Creaci´

on de Pel´ıculas Delgadas

Para generar pel´ıculas autosustentables primero realizamos:

• Evaporaci´on de NaCl sobre los sustratos

• Evaporaci´on de Cu sobre los sustratos

• Retiramos una pel´ıcula de Cu y agregamos una con

NaCl

• Evaporaci´on de Al sobre los sustratos

• Se retiran todas las pel´ıculas Delgadas

Como resultado obtenemos, pel´ıculas de NaCl-Cu, NaCl-Al y NaCl-Cu-Al.

* Cada vez que se realiza una evaporaci´on, antes se genera alto-vac´ıo

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Creaci´on de Pel´ıculas Delgadas

Abstract. Hip´otesis de trabajo Respaldo Te´orico

Montaje

An´alisis de resultados. Conclusiones Agradecimientos

Creaci´

on de Pel´ıculas Delgadas Autosustentables

Para hacer estas pel´ıculas autosustentables, se introduce lentamente el sustrato en agua destilada, lo que separa la pel´ıcula deseada del sustrato, ya que elimina la capa de NaCl.

2 H O Al Cu NaCl Sustrato Al Cu Sustrato

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Creaci´on de Pel´ıculas Delgadas

Abstract. Hip´otesis de trabajo Respaldo Te´orico

Montaje

An´alisis de resultados. Conclusiones Agradecimientos

Cuando las pel´ıculas quedan flotando sobre el agua destilada,

las poscicionamos sobre losblancos para, posteriormente,

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Creaci´on de Pel´ıculas Delgadas

Abstract. Hip´otesis de trabajo Respaldo Te´orico Montaje An´alisis de resultados. Conclusiones Agradecimientos

Stopping Power

Calibraci´on del sistema

Espectro de fuente triple durante 1000 segundos.

C u e n ta s 0 50 100 150 200 250 Energía[keV] 4,500 5,000 5,500 6,000 6,500 Sin película 244Cm 239Pu 241Am

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Creaci´on de Pel´ıculas Delgadas

Abstract. Hip´otesis de trabajo Respaldo Te´orico Montaje An´alisis de resultados. Conclusiones Agradecimientos

Stopping Power

L´amina de Cobre C ue nt as 0 50 100 150 200 250 300 Energía [keV] 4,800 5,000 5,200 5,400 5,600 5,800 CuFilm 239 Pu 241Am 244Cm

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Creaci´on de Pel´ıculas Delgadas

Abstract. Hip´otesis de trabajo Respaldo Te´orico Montaje An´alisis de resultados. Conclusiones Agradecimientos

Stopping Power

L´amina de Cobre C ue nt as 0 50 100 150 200 250 300 Energía [keV] 4,600 4,800 5,000 5,200 5,400 5,600 5,800 6,000 CuFilm Sin Film 239Pu 241Am 244Cm

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Creaci´on de Pel´ıculas Delgadas

Abstract. Hip´otesis de trabajo Respaldo Te´orico Montaje An´alisis de resultados. Conclusiones Agradecimientos

Stopping Power

Valor te´orico software SRIM.

S to p p in g P o w e r [k e V m ] 0 100 200 300 400 500 600 700 Energía [keV] 0 2,000 4,000 6,000 8,000 1e+04 Stopping Power Cu Curva Interpolada 359.66 [keV/μm]

Figura:Curva interpolada mediante splines c´ubicos para 1200 puntos.

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Creaci´on de Pel´ıculas Delgadas

Abstract. Hip´otesis de trabajo Respaldo Te´orico Montaje An´alisis de resultados. Conclusiones Agradecimientos

Stopping Power

Analis´ıs de datos

Los gr´aficos anteriores se resumen en lo siguiente: Centroide

promedio antes de calibrar:

Elemento Peak

239Pu 354.27±0.07

244Cm 395.56±0.14

Valor del peak de 241Am para el sistema calibrado

EAm=5488.71 ±0.82 (keV) → 0.003 %

Valor del peak 241Am para la lamina de Cu

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Creaci´on de Pel´ıculas Delgadas

Abstract. Hip´otesis de trabajo Respaldo Te´orico Montaje An´alisis de resultados. Conclusiones Agradecimientos

Stopping Power

Obtenemos una l´amina de Cu autosustentable de espesor

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Creaci´on de Pel´ıculas Delgadas

Abstract. Hip´otesis de trabajo Respaldo Te´orico Montaje

An´alisis de resultados.

Conclusiones Agradecimientos

Stopping Power Bicapa

Capa Cu-Al:

• PAm= 5046.50± 1.17 keV.

Capa Al-Cu:

• Peak sin film: PAm= 5489.04±1.77 KeV.

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Creaci´on de Pel´ıculas Delgadas

Abstract. Hip´otesis de trabajo Respaldo Te´orico Montaje

An´alisis de resultados.

Conclusiones Agradecimientos

Stopping Power Bicapas.

Interface Cu-Al

• S1=442,x21 keV/µm

Interface Al-Cu

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Creaci´on de Pel´ıculas Delgadas

Abstract. Hip´otesis de trabajo Respaldo Te´orico Montaje

An´alisis de resultados.

Conclusiones Agradecimientos

Stopping Power sobre Aluminio

Datos extra´ıdos del Software SRIM.

S ( K e V m ) 50 100 150 200 250 300 350 400 Energía (KeV) 0 2,000 4,000 6,000 8,000 1e+04 Datos SRIM Al Curva Interpolada

Figura:Curva interpolada mediante splines c´ubicos para 1200 puntos.

El Stopping Power se comporta de forma lineal en torno a las energ´ıas medidas.

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Creaci´on de Pel´ıculas Delgadas

Abstract. Hip´otesis de trabajo Respaldo Te´orico Montaje An´alisis de resultados. Conclusiones Agradecimientos

Conclusiones

• A partir de la restauraci´on de un sistema de vac´ıo fue

posible crear pel´ıculas autosustentables de Cu, Al y bicapas Cu-Al.

• Mediante el m´etodo de transmisi´on para medir Stopping

Power se determin´o el espesor de una pel´ıcula de Cu

(0,38±0,01µm)

• El SP de la pel´ıcula obtenida es el mismo para

cualquiera de las interfases sobre las que incidan primero las las part´ıculas alfa. Para concluir que la

hip´otesis es err´onea:

• Repetir el experimento con el fin de generar una bicapa

m´as pura.

• Cambiar los rangos de energ´ıa de las part´ıculas

incidentes ya que el SP es aproximadamente lineal para este rango de energ´ıas.

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Creaci´on de Pel´ıculas Delgadas

Abstract. Hip´otesis de trabajo Respaldo Te´orico Montaje An´alisis de resultados. Conclusiones Agradecimientos

Agradecimientos.

Agradecemos a todo el personal del laboratorio de f´ısica

nuclear. Adem´as, agradecemos de forma especial:

• Al Dr. Roberto Morales tanto por el financiamiento

como el apoyo moral y acad´emico a lo largo de este

trabajo.

• Agradecemos al Ms. Erick Burgos por la constante gu´ıa

y ayuda entregada.

• Al Dr. Pedro Miranda por su asesoramiento, disposici´on

y ayuda al momento de medir SP.

• Al laboratorio de biolog´ıa por todos los materiales

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