Igazgató: Prof. BÁRSONY István DSc, H-1525 Budapest, Konkoly-Thege M. út 29-33, Tel.:+361-3922225, Fax:+361-3922226

MFA Nyári Iskola Középiskolásoknak

A jelentkezéssel kapcsolatos információk ITT.

DODONY Erzsébet #06K - Ni-MILC folyamatok vizsgálata TEM-mel (transzmissziós elektronmikroszkóppal) - személyes HONLAP
Témavezető 1.: DODONY Erzsébet, Tel.:392-2222-1755, Épület:26, Szoba:123, E-mail:dodony@mfa.kfki.hu, GEarth:(KFKI_26)
dr. RADNÓCZI György Zoltán #06K - Ni-MILC folyamatok vizsgálata TEM-mel (transzmissziós elektronmikroszkóppal) - személyes HONLAP
Témavezető 2.: dr. RADNÓCZI György Zoltán, Tel.:392-2222-1755, Épület:26, Szoba:124, E-mail:gy.radn@mfa.kfki.hu, GEarth:(KFKI_26)

A Ni-MILC rövidítés a nikkel fém által indukált síkbeli krisztályosodásra utal (Ni-Metal Induced Lateral Crystallization). Ezt a technológiai eljárást polikristályos szilícium vékonyréteg tranzisztorok gyártásához is használják, amorf szilíciumból (a-Si, vagy aSi) kiindulva, viszonylag alacsony hőmérsékleten (150-400 oC, lásd pl. ITT).

Ni-aSi rendszer
1. ábra. Hőkezelt Ni-aSi rendszer. (Jobbra videón is.)

A Ni-aSi rendszereket elsősorban a félvezető iparban használják, nikkel által indukált kristályosításhoz. A folyamatot amorf szilícium rétegek kristályosítására fejlesztették ki, olcsó félvezetőeszközök gyártásához. Az eljárás lényege, hogy az aSi felületére Ni szigeteket választunk le, így kezdve meg a hőkezelést. Megfigyelések szerint ezekben a rendszerekben fém jelenlétében az amorf Si kristályosodása alacsonyabb hőmérsékleten zajlik le, mint a tömbi amorf Si hevítésekor: 550-600 oC helyett 430-480 oC-on (vagy még alacsonyabb hőmérsékleten). A modellek szerint a MILC folyamatok első lépésében a Ni-amorf Si határon NiSi2 alakul ki, amely közel azonos rácsállandójú, mint a kristályos Si. (Rácsparamétereik közötti eltérés csupán 2 %.) A NiSi2 szemcsékhez kialakulásuk után hozzánő a Si (vagyis a NiSi2 mintegy kristályosodási centrumként funkciónál), és így az amorf Si kis lépésekben kristályosodik, a kiindulásként szolgáló NiSi2 szemcse irányaiban. A Ni minden lépésben diffúzióval jut el a kialakult kristály elejére és ott ismét NiSi2-et alakít ki. A szakirodalom szerint ez a kristályosodás kis ugrásokban zajlik le. NiSi2-hez szinte pillanatszerűen hozzánő néhány nanométernyi Si, majd a Ni diffúzióval a kristályos rész elejére kerül, mialatt áll a kristályosodás. A kristályosodó szemcsék tűszerűen haladnak előre az amorf Si rétegben. A nikkel szigetek körül kikristályosodott tartományokat felhasználhatjuk eszközök gyártására (pl TFT - (thin film transistor) képernyőkhöz).
Jó példát látunk a folyamatra az 1. ábra videóján: http://www.youtube.com/watch?v=Acv86Y8Haio


A TEM, avagy a Transzmissziós ElektronMikroszkóp (3, 4)

A múlt század folyamán az egyik legfontosabb anyagvizsgáló eszközzé vált. A neve szerint mikroszkóp, tehát kicsiny részletek "felnagyítására" (pontosabban nagyban való megtekintésére) használható eszköz. A nevéből az is kiderül, hogy elektronokkal világítjuk meg a mintát, továbbá hogy a mintán áthaladó elektronokkal (transzmisszió) készítjük el a képet. A működésének megértéséhez jól jön, ha ismerjük az optikai mikroszkópok felépítését és működését, de van néhány lényeges különbség is:

  • A megvilágítást itt fény helyett felgyorsított elektronnyaláb végzi, jellemzően 200-300 kV gyorsítófeszültség mellett. Terjedésekor (haladásakor) az elektronnyaláb - bizonyos megkötésekkel - koherens hullámként írható le, hasonlóan ahhoz, mintha egy lézerrel világítanánk meg a vizsgált tárgyat. Az elektronnyalábnak az energiájától (a gyorsítófeszültségtől) függő nagyságú hullámhossza van. Ez azonban lényegesen kisebb az atomi méreteknél, így ha elég jó mikroszkópot építünk (egyéb szempontokból), akkor az atomi méretű részletek megfigyelése is lehetővé válik.

  • TEM sugármenetek
    2. ábra. Lehetséges sugármenetek a TEM-ben.

    Philips cm20 TEM
    3. ábra. Philips gyártmányú cm20 típusú TEM.

  • Az elektronok csak vákuumban tudnak akadálytalanul mozogni, ellentétben a fénnyel, amely vígan terjedhet levegőben, vízben, vagy akár üvegben is. Az optikában tökéletesre fejlesztett üveglencséinknek itt nem vesszük hasznát, helyettük mágneses lencsékből épül fel a megvilágító- és a leképező-rendszer. A mágneses lencsék nagy előnye, hogy a mágneses teret előállító tekercs elektromos áramának változtatásával rendkívül könnyen állíthatók be a kívánt lencseparaméterek (pl. fókusztávolság). Ennek köszönhetően az objektívlencsének nem csak a képét tudjuk megfigyelni, hanem a (vetítőrendszer megfelelő hangolásával) az objektívlencse fókuszsíkjában lévő információt is rögzíteni tudjuk.

  • Az elektronok kölcsönhatása az anyaggal sok szempontból más mint a fényé. Rövidebb hullámhosszuk miatt kisebb objektumokon is szóródnak, esetlegesen nagy energiájuk (2-300 keV) miatt pedig képesek lehetnek olyan kölcsönhatásokra is, amelyek látható fotonokkal (2~4 eV) nem fordulna elő. Ennek egyik következménye, hogy a megvilágított terület atomjait gerjesztik (a nagy energiájú elektronok). A gerjesztést megfigyelve következtethetünk az elektron energiaveszteségére (EELS), illetve a kibocsátott röntgen foton energiájára (EDX, EDS), s így a mintánk kémiai összetételére.
    Az elektronnak természetesen elektromos töltése és mágneses momentuma is van, és ezek révén is kölcsönhatásba lép az anyagokkal. Mikroszkópi szempontból az elektromos töltése a fontosabb, mert ebből kifolyólag az elektronnyaláb elektromos áramot is képez, amely feltöltheti a mintát (főleg a szigetelőket), ez pedig befolyásolhatja magának az elektronynyalábnak a mozgását. (Tulajdonképpen éppen ezt használjuk ki az elektrosztatikus és mágneses lencséknél is az elektronnyaláb fokuszálásához, illetve eltérítéséhez.)

  • A mintára vonatkozóan is mások a követelmények: nagyon vékony és nagyon stabil mintára van szükségünk. A megengedett vastagság a vizsgálat típusától, és anyagtól függően mintegy 10-200 nm. A mintának a kívánt nagy nagyítások érdekében nagyon stabilnak kell lennie. (Parányi elmozdulás is óriásira nagyítva jelenne meg, teljesen elmosva a képet.)

  • A képalkotás megértéséhez, a már említett optikai mikroszkóp, szűkebben a domború lencse leképzését kell jól ismerni. A lehetséges sugármenetek a 2. ábrán vannak szemléltetve (a tárgy az egyszeres és a kétszeres fókusz között van elhelyezve):
    Ha a leképezéskor csak az "egyenesen" továbbhaladó (ún. direkt) sugarakat használjuk (piros vonal jelöli) és a többit kitakarjuk, akkor ún. világos látóteres képet kapunk, ha pedig a direkt sugár kitakarásával készítünk képet (egy vagy több sugárral), akkor az ún. sötét látóteres képet kapjuk. (Diffrakciós felvételt pedig úgy kaphatunk, ha a fókuszsíkban létrejövő "képet" nagyítjuk tovább.)




    FELADAT: Az iskolán testközelből megismerkedni a fent ismertetett képkészítési technikákkal.

    ÉRDEMES ÁTNÉZNI: A középiskolás geometriai optikát és az elektromágnességet.

    TERVEZETT PROGRAM:
    1. Megismerni a mikroszkópot (3. ábra) és olyan képeket készíteni, melyeken jól szemlélhetők a mikroszkóp egyes üzemmódjai: sötét és világos látóteres, diffrakciós.
    2. Az ismerkedéshez fűtött nikkel-amorf szilícium (Ni-aSi) rendszert fogunk használni és arról képeket készíteni.
    3. Megfigyeljük a kialakult fázisokat, szerkezet és morfológia szerint.
    4. A tanultak összefoglalása, prezentáció összeállítása.




    ELÉRHETŐSÉGEK:
    Témavezető 1.: DODONY Erzsébet, Tel.:392-2222-1755, Bp. XII. Konkoly-Thege M. út 29-33, Épület:26, Szoba:123, E-mail:dodony@mfa.kfki.hu, GEarth:(KFKI_26)
    Témavezető 2.: dr. RADNÓCZI György Zoltán, Tel.:392-2222-1755, Bp. XII. Konkoly-Thege M. út 29-33, Épület:26, Szoba:124, E-mail:gy.radn@mfa.kfki.hu, GEarth:(KFKI_26)

    Utolsó frissítés: Wed, 13 May 2015 19:23:52 GMT, Számláló: