APPLICATION OF Li ION BEAM
OBTAINED BY THE CESIUM SPUTTERING SOURCE FOR RBS ANALYSIS OF
OPTICAL LAYERS
Mindaugas Gaspariūnas, Vitalij Kovalevskij, Konstantinas Birzul,
Artūras Plukis, and Vidmantas Remeikis
Institute of Physics of Center for Physical Sciences and
Technology, Savanorių 231, LT- 02300, Vilnius, Lithuania
E-mail: mindaugas@ar.fi.lt
Received 17 June 2014; revised 5 September 2014; accepted 10
November 2014
High energy Li ions of multiple charge
states (Li+, Li2+ and Li3+)
were produced in tandem accelerator from a source of negative
ions by cesium sputtering (SNICS) ion source. Negative ion
current of Li ions up to 32 nA was obtained in
pre-acceleration stage after inflection magnet and retractable
aperture. Current of high energy ion beam obtained after
acceleration and used or RBS spectra measurements was up to 3
nA. The Li target cone production procedure and design is
presented in this work. Initial experiments using Li RBS were
performed and their results indicate enhanced analytical
application capabilities of RBS for optical coating analysis,
compared to conventional proton RBS.
Keywords: ion beam,
accelerator, Cs sputtering, RBS
PACS: 29.25.Ni, 82.80.Yc
CEZIO DULKINIMO ŠALTINYJE IŠGAUTO Li JONŲ PLUOŠTELIO
PANAUDOJIMAS OPTINIŲ DANGŲ RBS ANALIZEI
Mindaugas Gaspariūnas, Vitalij
Kovalevskij, Konstantinas Birzul, Artūras Plukis, Vidmantas
Remeikis
Fizinių ir technologijos mokslų centro Fizikos institutas,
Vilnius, Lietuva
Kietųjų kūnų paviršių analizei
gali būti naudojama Rezerfordo atgalinės sklaidos spektroskopija
(RBS). Tandemo tipo dalelių greitintuvuose, kurie komplektuojami
su neigiamų jonų cezio dulkinimo šaltiniais, įprastai tokiems
tyrimams naudojamo He– pluoštelio išeiga nykstamai
maža. Norint praplėsti protonų RBS analitines galimybes,
neigiamų jonų šaltinyje išgautas Li– jonų srautas,
kurio srovė siekė 32 nA. Greitinant Li– jonus,
užregistruotos visos galimos teigiamos ličio jonų krūvio būsenos
(Li+, Li2+, Li3+).
Atsižvelgiant į skirtingų būsenų įgreitintų jonų srovę bei
dalelės siekį medžiagoje, RBS eksperimentams atlikti buvo
pasirinktas Li2+ srautas ir ištirta jonapluoščio
dulkinimobūdu suformuota danga, sudaryta iš 200 nm SiO2
ir 200 nm Nb2O5 sluoksnių, užgarintų
ant amorfinio silicio padėklo. Nors detektoriaus energijos
skyra, naudojant Li pluoštelį, suprastėja iki 24 keV, lyginant
su 13 keV, kai naudojamas protonų pluoštelis, tačiau dėl
geresnės masių skyros pasiekiami tikslesni rezultatai: niobio ir
silicio elementiniai profiliai dangoje atskiriami aiškiau. Gautų
Li2+ jonų dalelių srautas pakankamai intensyvus
dangoje esančių sluoksnių storiams bei jų stechiometrijai
nustatyti, tačiau nepakankamas elementinių profilių vertinimo
paklaidoms sumažinti. SiO2 ir Nb2O5
sluoksnių persiklojimas mažai tikėtinas dėl persiklojančių
paklaidų (±σ). Naudojant DataFurnance jonų
analizės programinį paketą, galima apjungti protonų ir ličio
jonų RBS eksperimentus ir taip tiksliau įvertinti tiriamų
objektų paviršinę sandarą.
References / Nuorodos
[1] H.R. Verma,
Atomic and Nuclear Analytical Methods,
Vol. 391, Nr. 6 (Springer, Berlin, 2008),
http://www.springer.com/gp/book/9783540302773
[2] C.J. Tavares, L. Rebouta, E. Alvesb, N.P. Barradas, J.
Pacaudd, and J.P. Riviere, Study of roughness in Ti
0.4Al
0.6N/Mo
multilayer structures, Nucl. Instrum. Methods B
188,
90–95 (2002),
http://dx.doi.org/10.1016/S0168-583X(01)01026-6
[3] M. Tosaki, S. Ito, and N. Maeda, Detailed analysis of the
resonant backscattering spectrum for deeply penetrating protons
in carbon, Nucl. Instrum. Methods B
168, 543–552 (2000),
http://dx.doi.org/10.1016/S0168-583X(00)00062-8
[4] J.R. Liu, Z.S. Zheng, Z.H. Zhang, and W.K. Chu, RBS and ERD
analysis using lithium ions, Nucl. Instrum. Methods B
85,
51–54 (1994),
http://dx.doi.org/10.1016/0168-583X(94)95784-3
[5] E. Norbeck, L.W. Li, H.H. Lin, and M.E. Anderson, Rutherford
backscattering (RBS) with lithium ions, Nucl. Instrum. Methods B
9, 197–200 (1985),
http://dx.doi.org/10.1016/0168-583X(85)90682-2
[6] H. Niwa, S. Nakao, and K. Saitoh, Application of heavy-ion
RBS to compositional analysis of thin films, Nucl. Instrum.
Methods B
136–138, 297–300 (1998),
http://dx.doi.org/10.1016/S0168-583X(97)00696-4
[7] General Ionex Corporation,
Tandetron Analyzer, Model
4110A, Instruction Manual, 791201-RBL/CJR
[8] R. Middleton,
A Negative-Ion Cookbook (Philadelphia,
PA, 1990),
http://www.pelletron.com/cookbook.pdf
[9] M. Mayer, J. Roth, and K. Ertl, Rutherford backscattering
spectroscopy and elastic recoil detection analysis with lithium
ions – The better alternative to helium?, Nucl. Instrum. Methods
B
190, 405–409 (2002),
http://dx.doi.org/10.1016/S0168-583X(01)01274-5
[10] G. Abromavicius, R. Buzelis, R. Drazdys, K. Juškevičius, S.
Kičas, T. Tolenis, J. Mirauskas, M. Ščiuka, V. Sirutkaitis, and
A. Melninkaitis, Optical resistance and spectral properties of
antireflective coatings deposited on LBO crystals by ion beam
sputtering, Lith. J. Physics
51(4), 303–308 (2011),
http://dx.doi.org/10.3952/lithjphys.51407
[11] X.M. Wang, J.R. Liu, L. Shao, K.B. Ma, H. Chen, X.K. Yu,
and W.K. Chu, Extraction of SiN-ions from source of negative
ions by cesium sputtering, Nucl. Instrum. Methods B
241,
885–889 (2005),
http://dx.doi.org/10.1016/j.nimb.2005.07.146
[12] M. Kiisk, R. Hellborg, P. Persson, M. Faarinen, G. Skog,
and K. Stenstrom, The charge state distribution of Be, C, Cl and
Al ions at the Lund Pelletron accelerator with the recently
modified terminal pumping in use, Nucl. Instrum. Methods A
521,
299–305 (2004),
http://dx.doi.org/10.1016/j.nima.2003.11.042
[13] N.P. Barradas and C. Jeynes, Advanced physics and
algorithms in the IBA DataFurnace, Nucl. Instrum. Methods B
266,
1875–1879 (2008),
http://dx.doi.org/10.1016/j.nimb.2007.10.044
[14] J.F. Ziegler, M.D. Ziegler, and J.P. Biersack, SRIM – The
stopping and range of ions in matter (2010), Nucl. Instrum.
Methods B
268, 1818–1823 (2010),
http://dx.doi.org/10.1016/j.nimb.2010.02.091