परमाणु प्रतिक्रिया विश्लेषण के साथ गहराई रूपरेखा के माध्यम से सतह और इंटरफ़ेस परतें और थोक माल में हाइड्रोजन की मात्रा सांद्रता
Summary
हम 1 एच के आवेदन को वर्णन (15 एन, αγ) 12 सी सुनाई देती परमाणु प्रतिक्रिया विश्लेषण (NRA) मात्रात्मक, सतह पर हाइड्रोजन परमाणुओं के घनत्व का मूल्यांकन करने के लिए मात्रा में है, और ठोस सामग्री की एक परत इंटरफेसियल पर। सतह के नजदीक 2 / सी (100) के ढेर एक पीडी (110) एकल क्रिस्टल की और SiO की हाइड्रोजन गहराई रूपरेखा में वर्णित है।
Abstract
परमाणु प्रतिक्रिया विश्लेषण (NRA) गुंजयमान 1 एच के माध्यम से (15 एन, αγ) 12 सी प्रतिक्रिया गहराई रूपरेखा का एक अत्यंत प्रभावी तरीका है कि मात्रात्मक और गैर विध्वंस सतहों पर हाइड्रोजन घनत्व वितरण, इंटरफेस में पता चलता है, और की मात्रा में उच्च गहराई संकल्प के साथ ठोस सामग्री। तकनीक 6.385 एक electrostatic त्वरक द्वारा प्रदान की एमईवी की एक 15 एन आयन बीम लागू होता है और विशेष रूप से के बारे में 2 माइक्रोन लक्ष्य सतह से अप करने के लिए गहराई में 1 एच आइसोटोप का पता लगाता है। भूतल एच कवरेज ~ 10 13 सेमी के क्रम में एक संवेदनशीलता के साथ मापा जाता -2 (~ एक ठेठ परमाणु monolayer घनत्व के 1%) ~ 10 से 18 सेमी की एक सीमा का पता लगाने के साथ सांद्रता और एच मात्रा -3 (~ से कम 100। पीपीएम )। सतह के पास गहराई संकल्प लक्ष्य पर सतह सामान्य से 15 एन आयन घटना के लिए 2-5 एनएम है और adop से बहुत सपाट लक्ष्यों के लिए 1 एनएम से नीचे मूल्यों के लिए बढ़ाया जा सकता हैटिंग एक सतह चराई घटना ज्यामिति। विधि बहुमुखी और आसानी से एक चिकनी सतह (कोई pores) के साथ किसी भी उच्च वैक्यूम संगत सजातीय सामग्री के लिए आवेदन किया है। विद्युत प्रवाहकीय लक्ष्यों को आमतौर पर नगण्य गिरावट के साथ आयन बीम विकिरण बर्दाश्त। हाइड्रोजन quantitation और सही गहराई से विश्लेषण प्राथमिक संरचना (इसके अलावा हाइड्रोजन) और लक्ष्य सामग्री की जन घनत्व के ज्ञान की आवश्यकता होती है। विशेष रूप में सीटू लक्ष्य तैयारी और लक्षण, 1 घंटे के लिए अति उच्च निर्वात तरीकों के साथ संयोजन में (15 एन, αγ) 12 सी NRA आदर्श atomically नियंत्रित सतहों और nanostructured इंटरफेस में हाइड्रोजन के विश्लेषण के लिए उपयुक्त है। हम exemplarily यहाँ (1) मात्रात्मक सतह कवरेज और एक एच 2 अवगत कराया पीडी की सतह के पास इस क्षेत्र में हाइड्रोजन के थोक एकाग्रता को मापने के लिए टोक्यो विश्वविद्यालय के MALT अग्रानुक्रम त्वरक सुविधा पर 15 एन NRA के आवेदन प्रदर्शित(110) एकल क्रिस्टल, और (2) गहराई स्थान और परत सी (100) पर पतली 2 Sio फिल्मों के इंटरफेस के पास हाइड्रोजन का घनत्व निर्धारित करने के लिए।
Introduction
एक अशुद्धता के रूप में या सामग्री की एक विशाल विविधता के एक घटक और हाइड्रोजन प्रेरित बातचीत घटना के धन के रूप में हाइड्रोजन की सर्वव्यापकता के कई क्षेत्रों में एक महत्वपूर्ण कार्य सतह के पास इस क्षेत्र में और ठोस दफन इंटरफेस में हाइड्रोजन वितरण खुलासा कर इंजीनियरिंग और बुनियादी सामग्री विज्ञान। प्रमुख संदर्भों हाइड्रोजन ऊर्जा अनुप्रयोगों, ईंधन सेल, फोटो, और हाइड्रोजनीकरण कटैलिसीस, हाइड्रोजन प्रतिधारण और embrittlement परमाणु संलयन रिएक्टर और इंजीनियरिंग, epitaxial विकास निर्माण और हाइड्रोजन में हाइड्रोजन प्रेरित surfactant प्रभाव में लिए भंडारण और शुद्धि सामग्री में हाइड्रोजन अवशोषण के अध्ययन में शामिल अर्धचालक युक्ति प्रौद्योगिकी के क्षेत्र में संबंधित विद्युत विश्वसनीयता मुद्दों।
अपने omnipresence और सरल परमाणु संरचना के बावजूद, हाइड्रोजन की मात्रात्मक का पता लगाने के विश्लेषणात्मक चुनौतियों poses। हाइड्रोजन केवल एक ही इलेक्ट्रॉन, अन्यथा बहुमुखी मौलिक Analys होता है के रूप मेंइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी के द्वारा होता है अप्रभावी गाया है। ऐसी धातु संलयन, थर्मल desorption, अवरक्त अवशोषण या एनएमआर स्पेक्ट्रोस्कोपी के रूप में बड़े पैमाने पर, विश्लेषणात्मक ऑप्टिकल, या परमाणु गूंज तकनीकों के माध्यम से आम हाइड्रोजन तरीकों का पता लगाने मुख्यतः हाइड्रोजन की गहराई स्थान पर असंवेदनशील हैं। यह अलग करता है, जैसे, सतह adsorbed और थोक में लीन हाइड्रोजन जो उनके शारीरिक और रासायनिक पदार्थ बातचीत में काफी अलग के बीच भेदभाव, और उनके भेद इसलिए सामग्री nanostructured कि छोटी मात्रा और बड़े सतह क्षेत्रों समावेश के विश्लेषण के लिए तेजी से महत्वपूर्ण हो जाता है। माध्यमिक आयन मास स्पेक्ट्रोस्कोपी द्वारा हाइड्रोजन रूपरेखा, गहराई हल मात्रात्मक एच सांद्रता प्रदान करने हालांकि, समान रूप से धातु संलयन के रूप में विश्लेषण लक्ष्य के लिए विनाशकारी है, और sputtering प्रभाव सतह अविश्वसनीय पास प्राप्त गहराई से जानकारी प्रदान कर सकते हैं।
संकीर्ण साथ परमाणु प्रतिक्रिया विश्लेषणऊर्जा गूंज 1 एच के (ई छोड़कर) (15 एन, αγ) 12 सी 6.385 एमईवी 1-3 पर प्रतिक्रिया, दूसरे हाथ पर, कुछ के क्रम में उच्च गहराई संकल्प के साथ गैर विनाशकारी हाइड्रोजन quantitation के लाभों को जोड़ती सतह के पास नैनोमीटर। विधि 10 से 13 सेमी -2 के क्रम में एक संवेदनशीलता के साथ सतह एच कवरेज को निर्धारित करता है (~ एक ठेठ परमाणु monolayer घनत्व के 1%)। सामग्री के भीतरी इलाकों में हाइड्रोजन सांद्रता कई 10 से 18 सेमी -3 (~ पर। पीपीएम 100) और के बारे में 2 माइक्रोन की जांच गहराई श्रृंखला की एक सीमा का पता लगाने के साथ मूल्यांकन किया जा सकता है। सतह के पास गहराई संकल्प नियमित रूप से विश्लेषण लक्ष्य पर 15 एन आयन बीम की सतह सामान्य घटना में 2-5 एनएम है। सतह से चराई घटना geometries में, संकल्प 1 एनएम से नीचे मूल्यों को आगे बढ़ाया जा सकता है। रेफरी देखें। एक विस्तृत खाते के लिए 3।
इन क्षमताओं 1 एच सिद्ध कर दिया है ( <sअप> 15 एन, αγ) 12 सी NRA एक शक्तिशाली तकनीक प्रक्रियाओं और सामग्री 3 की एक बड़ी विविधता में सतहों और इंटरफेस में हाइड्रोजन के स्थिर और गतिशील व्यवहार को स्पष्ट करने के रूप में। 1976 में Lanford 4 द्वारा स्थापित, 15 एन NRA पहले मुख्य रूप से इस्तेमाल किया गया था मात्रात्मक थोक माल और पतली फिल्मों में मात्रा एच सांद्रता निर्धारित करने के लिए। अन्य प्रयोजनों के बीच, 15 एन NRA के माध्यम से प्राप्त पूर्ण हाइड्रोजन सांद्रता अन्य, नहीं सीधे मात्रात्मक, हाइड्रोजन पता लगाने की तकनीक 5,6 जांच करने के लिए इस्तेमाल किया गया है। इसके अलावा 15 बहुस्तरीय पतली फिल्म संरचनाओं में अच्छी तरह से परिभाषित इंटरफेस के साथ लक्ष्य में एन NRA हाइड्रोजन की रूपरेखा 7-10 वर्णित किया गया है। अभी हाल ही में बहुत प्रगति prepar करने के साथ सतह विश्लेषणात्मक अति उच्च निर्वात (UHV) इंस्ट्रूमेंटेशन 15 एन NRA के संयोजन के द्वारा रासायनिक स्वच्छ और संरचनात्मक रूप से अच्छी तरह से परिभाषित लक्ष्य की सतह के पास इस क्षेत्र में हाइड्रोजन के अध्ययन में हासिल किया गया हैई atomically एच विश्लेषण 3 के लिए नियंत्रित बगल में सतहों।
एकल क्रिस्टल सतहों पर हाइड्रोजन कवरेज बढ़ाता द्वारा, NRA कई सामग्री पर हाइड्रोजन सोखना चरणों की वर्तमान सूक्ष्म समझ के लिए महत्वपूर्ण योगदान दिया है। 1 एच (15 एन, αγ) 12 सी NRA इसके अलावा केवल प्रयोगात्मक तकनीक सीधे शून्य को मापने के लिए है सतह से adsorbed एच परमाणुओं 11, यानी की कंपन ऊर्जा का कहना है, यह घटना आयन बीम की दिशा में adsorbed एच परमाणुओं के क्वांटम यांत्रिक कंपन गति प्रकट कर सकते हैं। सतह से adsorbed और थोक में लीन बीच nanometer पैमाने पर भेदभाव की क्षमता के माध्यम से एच, 15 एन NRA जैसे खनिज हाइड्रेशन डेटिंग 12 के लिए प्रासंगिक के रूप में या एच की सतहों के नीचे हाइड्राइड केंद्रक के अवलोकन के लिए सामग्री सतहों, के माध्यम से हाइड्रोजन प्रवेश में बहुमूल्य अंतर्दृष्टि प्रदान कर सकते हैं -absorbing धातुओं 13-15। उच्च resolution 15 एन NRA अनुप्रयोगों adlayers 16 की उप-monolayer मोटाई रूपों पता लगाने के लिए और सतह adsorbed पी.डी. nanocrystals 17 में मात्रा में लीन हाइड्रोजन से अलग करने के लिए क्षमता का प्रदर्शन किया है। थर्मल desorption स्पेक्ट्रोस्कोपी (टीडीएस) के साथ संयोजन एच 2 थर्मल desorption सुविधाओं की स्पष्ट पहचान के लिए और adsorbed के थर्मल स्थिरता की गहराई हल मूल्यांकन के लिए अनुमति देता है और desorption और प्रसार 13,15,18 के खिलाफ हाइड्रोजन राज्यों अवशोषित। अपने गैर विनाशकारी प्रकृति और उच्च गहराई संकल्प 1 एच के कारण (15 एन, αγ) 12 सी NRA भी हाइड्रोजन का पता लगाने के लिए आदर्श तरीका है, जो धातु / धातु 19-22 और धातु में हाइड्रोजन फँसाने का अध्ययन करने के लिए अनुमति देता बरकरार इंटरफेस में दफन है / अर्धचालक इंटरफेस 16,23-25 और खड़ी पतली फिल्म प्रणालियों 9 में हाइड्रोजन प्रसार नज़र रखने के लिए। सीधे visualizing हाइड्रोजन पुनर्वितरण phenomen द्वाराधातु ऑक्साइड अर्धचालक 2 Sio के इंटरफेस के बीच एक / सी-आधारित (राज्यमंत्री) संरचनाओं कि बिजली के उपकरण गिरावट से संबंधित हैं, NRA करने के लिए डिवाइस विश्वसनीयता अनुसंधान 26 विशेष रूप से महत्वपूर्ण योगदान दिया है।
NRA में हाइड्रोजन का पता लगाने के सिद्धांत में कम से कम ई res = 6.385 एमईवी की एक 15 एन आयन बीम के साथ विश्लेषण लक्ष्य को चमकाना में 15 और एन 1 एच के बीच गुंजयमान 1 एच (15 एन, αγ) 12 सी परमाणु प्रतिक्रिया को प्रेरित करने के लिए है सामग्री। यह प्रतिक्रिया 4.43 एमईवी कि नमूना पास के एक जगमगाहट डिटेक्टर के साथ मापा जाता है की विशेषता γ रे विज्ञप्ति। γ उपज लक्ष्य की एक निश्चित गहराई में एच एकाग्रता के लिए आनुपातिक है। घटना 15 एन आयनों की संख्या से यह संकेत को सामान्य बनाने के बाद γ-पहचान प्रणाली ज्ञात एच एकाग्रता का एक मानक लक्ष्य के साथ calibrated किया गया है निरपेक्ष एच घनत्व में धर्मान्तरित। 15 </sup> एन ई रेस में घटना आयनों लक्ष्य की सतह पर हाइड्रोजन के साथ प्रतिक्रिया कर सकते हैं। दफन हाइड्रोजन की एकाग्रता ई Res के ऊपर ऊर्जा (ई i) के साथ 15 एन आयनों घटना मापा जाता है। लक्ष्य सामग्री के अंदर, 15 एन आयनों इलेक्ट्रॉनिक रोक के कारण ऊर्जा की कमी से पीड़ित हैं। इस आशय, उच्च गहराई संकल्प प्रदान करता है, क्योंकि 1 एच (15 एन, αγ) 12 सी परमाणु प्रतिक्रिया गूंज एक बहुत ही संकीर्ण चौड़ाई है (Lorentzian चौड़ाई पैरामीटर Γ = 1.8 कीव) और रोक एन पर्वतमाला के बीच 6.4 के लिए सामग्री की शक्ति एमईवी 15 1-4 कीव / एनएम, इसलिए है कि केवल कुछ ही परमाणु परतों के माध्यम से 15 एन आयन के पारित होने गूंज खिड़की के बाहर अपनी ऊर्जा को शिफ्ट करने के लिए पर्याप्त है। इस प्रकार, गुंजयमान प्रतिक्रिया ई में दफनाया एच पता लगाता रहा> में एक जांच गहराई डी ई res = (ई मैं – ई छोड़कर) / एस, जहां इलेक्ट्रॉनिक हैविश्लेषण किया सामग्री 3 की शक्ति रोक नहीं सकता।
Γ उपज को मापने के छोटे वेतन वृद्धि में घटना के 15 एन आयन ऊर्जा स्कैनिंग जबकि करके, एक एक परमाणु प्रतिक्रिया उत्तेजना की अवस्था है कि लक्ष्य में हाइड्रोजन का घनत्व गहराई से वितरण होता है प्राप्त करता है। इस उत्तेजना की अवस्था (γ उपज बनाम 15 एन ऊर्जा) में, वास्तविक एच गहराई वितरण NRA भूमिका निभाई समारोह में कहा कि एक मुख्य रूप से गाऊसी विस्तार कहते हैं और गहराई संकल्प 3 के लिए मुख्य सीमा है साथ convolved है। सतह (यानी, ई मैं = ई रेस में) गाऊसी चौड़ाई लक्ष्य सतह के खिलाफ एच परमाणुओं के शून्य बिंदु कंपन के कारण एक डॉपलर प्रभाव का प्रभुत्व है। 11,27,28 दफन हाइड्रोजन की उपज वक्र में पता चला पर ई मैं> ई res यादृच्छिक 15 एन आयन ऊर्जा straggli के कारण एक अतिरिक्त गाऊसी विस्तार घटक से प्रभावित हैलक्ष्य के अंदर एनजी। सामग्री 29,30 में आयन प्रक्षेपवक्र लंबाई का वर्गमूल के अनुपात में पिछड़ गया चौड़ाई बढ़ जाती है और प्रमुख संकल्प 10-20 एनएम की गहराई से जांच कर रही ऊपर कारक सीमित हो जाता है।
15 एन NRA के साथ कुछ बहुत खास हाइड्रोजन की रूपरेखा अनुप्रयोगों प्रदर्शित करने के लिए, हम यहाँ exemplarily (1) सतह एच कवरेज के मात्रात्मक मूल्यांकन का वर्णन है और एक एच 2 अवगत कराया पैलेडियम में थोक में लीन हाइड्रोजन एकाग्रता (पीडी) एकल क्रिस्टल, की और (2) 2 Sio / सी (100) के ढेर के दफन इंटरफेस में गहराई स्थान और हाइड्रोजन परत घनत्व का मूल्यांकन। NRA माप MALT 5 टोक्यो विश्वविद्यालय है, जो एक अत्यधिक स्थिर और अच्छी तरह से monochromatized (ΔE मैं ≥ 2 कीव) 6-13 एमईवी की 15 एन आयन बीम उद्धार के एमवी वैन-de-Graaf मिलकर त्वरक 31 पर प्रदर्शन कर रहे हैं। लेखकों accelerat के लिए एक कंप्यूटर नियंत्रण प्रणाली विकसित की हैया स्वचालित ऊर्जा स्कैनिंग और हाइड्रोजन की रूपरेखा के लिए डाटा अधिग्रहण कर सकें। (1) एक एकल विस्मुट germanate के साथ एक UHV सतह विश्लेषणात्मक प्रणाली (BGO, द्विपक्षीय 4 जीई 3 हे 12: ऊपर एच रूपरेखा अनुप्रयोगों द्वारा प्रस्तुत दो अलग NRA माप कार्यों को दर्शाते हुए, MALT सुविधा विशेष प्रयोगात्मक स्टेशनों के साथ दो आयन बीम लाइनों प्रदान करता है ) γ-जगमगाहट डिटेक्टर हाइड्रोजन सतह कवरेज के NRA quantitation के लिए समर्पित, शून्य बिंदु कंपन स्पेक्ट्रोस्कोपी के लिए, और करने के लिए टीडीएस के साथ एक अद्वितीय संयोजन में atomically नियंत्रित एकल क्रिस्टल ठिकानों पर एच गहराई रूपरेखा; और (2) एक उच्च वैक्यूम दो BGO डिटेक्टरों के साथ सुसज्जित कक्ष बहुत वृद्धि हुई γ-दक्षता का पता लगाने के लिए लक्ष्य के करीब तैनात, एक कम एच सीमा का पता लगाने और तेजी से डाटा अधिग्रहण के लिए प्रदान करते हैं। इस सेटअप कोई नमूना तैयार करने की सुविधा है, लेकिन लक्ष्य के लिए एक उच्च throughput के लिए तेजी से नमूना एक्सचेंज (~ 30 मिनट) के लिए अनुमति देता है और इस प्रकार है, जिसके लिए एक अच्छी तरह से विवादlled सतह परत ऐसे दफन इंटरफेस में एच प्रोफाइलिंग या थोक एच सांद्रता के quantitation के रूप में विश्लेषणात्मक कार्य, का एक अनिवार्य हिस्सा नहीं है। दोनों बीम लाइनों में BGO डिटेक्टरों वैक्यूम सिस्टम के बाहर आसानी से रखा जाता है क्योंकि γ रे नगण्य क्षीणन के साथ पतली कक्ष की दीवारों घुसना।
चित्रा 1. NRA बीएल 1E UHV प्रणाली में सेटअप। (ए) बीएल 1E UHV में धूम आयन बंदूक, कम ऊर्जा की इलेक्ट्रॉन विवर्तन (LEED), और बरमा इलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी (एईएस) के साथ सुसज्जित प्रणाली में योजनाबद्ध शीर्ष दृश्य -situ एक quadrupole मास स्पेक्ट्रोमीटर (क्यूएमएस) के साथ atomically का आदेश दिया और रासायनिक साफ एकल क्रिस्टल सतह लक्ष्यों की तैयारी और संयुक्त NRA और टीडीएस माप एक रेखीय अनुवाद मंच पर मुहिम शुरू की। (बी) पीडी एकल क्रिस्टल नमूना टी पर संलग्नवह क्रायोजेनिक जोड़तोड़ के धारक नमूना। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
चित्रा 1 (ए) किरण लाइन (बीएल) -1E, जो पूरी तरह से atomically आदेश दिया एकल क्रिस्टल सतहों में सीटू की तैयारी के लिए सुसज्जित और एक आधार दबाव <10 -8 पा सतह साफ-सफाई बनाए रखने के लिए किया जाता है पर UHV प्रणाली को दिखाता है। सतह से विश्लेषणात्मक उपकरणों के लिए नमूना का उपयोग प्रदान करने के लिए, 4 "BGO सिंटिलेटर 15 एन आयन बीम अक्ष ~ लक्ष्य के पीछे 30 मिमी। नमूना सटीक के लिए एक 4 अक्ष में गड़बड़ी के मंच पर मुहिम शुरू की है पर रखा गया है (एक्स, वाई, जेड, Θ) स्थिति और तरल नाइट्रोजन के साथ ठंडा किया जा सकता करने के लिए ~ 80 कश्मीर या संकुचित साथ वह करने के लिए ~ 20 लालकृष्ण चित्रा 1 (बी) के एक पी.डी. एकल क्रिस्टल लक्ष्य एक वह संपीड़न cryostat को स्पॉट वेल्डेड टा समर्थन तारों से मुहिम शुरू से पता चलता है। क्वार्ट्ज चादर spacers sampl बचाने cryostat शरीर से ई धारक प्लेट विद्युत। यह घटना 15 एन आयन बीम वर्तमान माप मात्रात्मक NRA के लिए आवश्यक सक्षम बनाता है और नमूना धारक की पीठ पर टंगस्टन फिलामेंट से इलेक्ट्रॉन बमबारी गर्म करने के लिए अनुमति देता है। एक प्रकार कश्मीर thermocouple स्पॉट वेल्डेड पी.डी. नमूना के किनारे करने के लिए है। एक क्वार्ट्ज प्लेट नमूना ऊपर जोड़तोड़ अक्ष पर संलग्न आयन बीम प्रोफाइल और नमूना बीम संरेखण के लिए नजर रखने के लिए प्रयोग किया जाता है। चित्रा 2 (ए) के सम्मान के साथ 90 डिग्री पर व्यवस्था की दो 4 "BGO डिटेक्टरों के साथ बीएल -2 पर सेटअप पता चलता 15 एन आगे नहीं की तुलना में किरण धुरी से 19.5 मिमी के अलावा। नमूना धारक उनके सामने चेहरे के साथ किरण (चित्रा 2 (बी)) त्वरित नमूना आदान प्रदान के लिए एक सरल clamping तंत्र प्रदान करता है और ऊर्ध्वाधर धुरी के चारों ओर नमूना के रोटेशन के लिए अनुमति देता है 15 एन घटना कोण समायोजित करने के लिए।
Iles / ftp_upload / 53452 / 53452fig2.jpg "/>
चित्रा 2. NRA बीएल -2 पर सेटअप। (ए) बीएल -2 सी में उच्च निर्वात चैम्बर दो BGO लक्ष्य की स्थिति के करीब γ डिटेक्टरों से लैस में योजनाबद्ध शीर्ष दृश्य। (बी) 2 Sio की एक बड़ी चिप लक्ष्य के साथ नमूना धारक / सी (100) पर clamped। जल वाष्प के साथ इस प्रकार का नमूना अप फॉगिंग के बाद NRA विश्लेषण स्पॉट है कि 15 एन आयन बीम द्वारा किरणित रहे थे visualizes। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
Protocol
Representative Results
Discussion
चित्रा 4 एक पीडी (110) बीएल 1E UHV प्रणाली में एकल क्रिस्टल के उदाहरण को कुशल भेद और सतह adsorbed 15 एन NRA के माध्यम से थोक में लीन हाइड्रोजन से की quantitation को दर्शाता है। तीन प्रोफाइल सतह एच चोटी के उच्च reproducibility म?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
हम बहुत से सॉफ्टवेयर है कि दूर से डाटा अधिग्रहण पीसी से मॉल्ट त्वरक मानकों को नियंत्रित करने से NRA एच गहराई प्रोफाइल की स्वचालित माप सक्षम बनाता है को लागू करने के लिए एम मात्सुमोतो सराहना करते हैं। हम बीएल 1E UHV प्रणाली पर कुशलता प्रदर्शन पीडी (110) नमूना तैयारियाँ और NRA और टीडीएस मापन के लिए लालकृष्ण Namba धन्यवाद, और एक्सीलेटर संचालन में तकनीकी सहायता के लिए सी Nakano। 2 Sio / सी (100) नमूना कृतज्ञता निगम परिषद, जापान के जेड लियू के सौजन्य से एक के रूप में प्राप्त होता है। इस काम आंशिक सहायता अनुदान में वैज्ञानिक अनुसंधान के लिए (अनुदान संख्या 24246013 और 26108705) विज्ञान के संवर्धन के लिए जापान सोसाइटी (JSPS), साथ ही नए क्षेत्रों में वैज्ञानिक अनुसंधान के लिए एक ग्रांट-इन-एड के माध्यम से द्वारा समर्थित है शिक्षा, संस्कृति, खेल, विज्ञान मंत्रालय से, और प्रौद्योगिकी जापान की: 'परिसर सहसंबंध और गैर संतुलन गतिशीलता Computics के माध्यम से सामग्री डिजाइन'।
Materials
| Pd single crystal | SPL (Surface Preparation Laboratory), http://www.spl.eu/products.html, or any other suitable supplier | Order made to specification | Disk, 9 mm diam., (110) oriented, aligned to < 0.5 degree or less, one side polished to < 0.3 mm roughness, self-prepared specimen |
| H2 gas | Joutou Gas Corporation, Ltd., Japan, http://www.jyotougas.co.jp/item/gas.html | (99.9995%), or any other suitable supplier | |
| O2 gas | Joutou Gas Corporation, Ltd., Japan, http://www.jyotougas.co.jp/item/gas.html | (99.99%), or any other suitable supplier | |
| Ar gas | Joutou Gas Corporation, Ltd., Japan, http://www.jyotougas.co.jp/item/gas.html | (99.99995%), or any other suitable supplier | |
| Tantalum / Wire | The Nilaco Corporation, http://nilaco.jp/en/order.php | TA-411325 | (99.95%), 0.3 mm diam., or any other suitable supplier |
| Alumel / Wire | The Nilaco Corporation, http://nilaco.jp/en/order.php | 851266 | 0.2 mm diam., or any other suitable supplier |
| Chromel / Wire (Chromel) | The Nilaco Corporation, http://nilaco.jp/en/order.php | 861266 | 0.2 mm diam., or any other suitable supplier |
Riferimenti
- Lanford, W. A. Analysis for hydrogen by nuclear-reaction and energy recoil detection. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. 66 ((1-2)), 65-82 (1992).
- Lanford, W. A., JR, T. e. s. m. e. r., M, N. a. s. t. a. s. i. Nuclear Reactions for Hydrogen Analysis, Chapter 8. Handbook of Modern Ion Beam Materials Analysis. , 193-204 (1995).
- Wilde, M., Fukutani, K. Hydrogen detection near surfaces and shallow interfaces with resonant nuclear reaction analysis. Surf. Sci. Rep. 69 (4), 196-295 (2014).
- Lanford, W. A., Trautvetter, H. P., Ziegler, J. F., Keller, J. New precision technique for measuring concentration versus depth of hydrogen in solids. Appl. Phys. Lett. 28 (9), 566-568 (1976).
- Ross, R. C., Tsong, I. S. T., Messier, R., Lanford, W. A., Burman, C. Quantification of hydrogen in a-Si-H films by IR spectrometry, N-15 nuclear-reaction, and SIMS. J. Vac. Sci. Technol. 20 (3), 406-409 (1982).
- Suzuki, T., Konishi, J., Yamamoto, K., Ogura, S., Fukutani, K. Practical IR extinction coefficients of water in soda lime aluminosilicate glasses determined by nuclear reaction analysis. J. Non-Cryst. Solids. 382, 66-69 (2013).
- Wagner, W., Rauch, F., Bange, K. Concentration profiles of hydrogen in technical oxidic thin-films and multilayer systems. Fresenius Z. Analyt. Chem. 333 (4-5), 478-480 (1989).
- Wagner, W., Rauch, F., Ottermann, C., Bange, K. In-depth profiling of hydrogen in oxidic multilayer systems. Surf. Interf. Anal. 16 (1-12), 331-334 (1990).
- Wagner, W., Rauch, F., Ottermann, C., Bange, K. Hydrogen dynamics in electrochromic multilayer systems investigated by the N-15 technique. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. 50 (1-4), 331-334 (1990).
- Hjörvarsson, B., Rydén, J., Karlsson, E., Birch, J., Sundgren, J. E. Interface effects of hydrogen uptake in Mo/V single-crystal superlattices. Phys. Rev. B. 43 (8), 6440-6445 (1991).
- Fukutani, K., Itoh, A., Wilde, M., Matsumoto, M. Zero-Point Vibration of Hydrogen Adsorbed on Si and Pt Surfaces. Phys. Rev. Lett. 88 (11), 116101 (2002).
- Ericson, J. E., Dersch, O., Rauch, F. Quartz hydration dating. J. Archaeological Sci. 31 (7), 883-902 (2004).
- Wilde, M., Matsumoto, M., Fukutani, K., Aruga, T. Depth-resolved analysis of subsurface hydrogen absorbed by Pd(100). Surf. Sci. 482-485 (Part 1), 346-352 (2001).
- Wilde, M. Hydrogen sorption by Ti(0001) single crystal surfaces. J. Vac. Soc. Jpn. 45 (5), 458-462 (2002).
- Ohno, S., Wilde, M., Fukutani, K. Novel insight into the hydrogen absorption mechanism at the Pd(110) surface. J. Chem. Phys. 140 (13), 134705 (2014).
- Fukutani, K., Wilde, M., Matsumoto, M. Nuclear-reaction analysis of H at the Pb/Si(111) inter-face: Monolayer depth distinction and interface structure. Phys. Rev. B. 64 (24), 245411 (2001).
- Wilde, M., Fukutani, K., Naschitzki, M., Freund, H. J. Hydrogen absorption in oxide-supported palladium nanocrystals. Phys. Rev. B. 77 (11), 113412 (2008).
- Wilde, M., Fukutani, K. Penetration mechanisms of surface-adsorbed hydrogen atoms into bulk metals: Experiment and model. Phys. Rev. B. 78, 115411 (2008).
- Okada, M., Nakamura, M., Moritani, K., Kasai, T. Dissociative adsorption of hydrogen on thin Au films grown on Ir(111). Surf. Sci. 523 (3), 218-230 (2003).
- Okada, M. Reactivity of gold thin films grown on iridium: Hydrogen dissociation. Appl. Catal. A General. 291 (1-2), 55-61 (2005).
- Okada, M. Reactive gold thin films grown on iridium. Appl. Surf. Sci. 246 (1-3), 68-71 (2005).
- Ogura, S. Hydrogen adsorption on Ag and Au monolayers grown on Pt(111). Surf. Sci. 566-568 (Part 2), 755-760 (2004).
- Fukutani, K. Interface hydrogen between a Pb overlayer and H-saturated Si(111) studied by a resonant nuclear reaction. Surf. Sci. 377 (1-3), 1010-1014 (1997).
- Fukutani, K., Iwai, H., Murata, Y., Yamashita, H. Hydrogen at the surface and interface of metals on Si(111). Phys. Rev. B. 59 (20), 13020-13025 (1999).
- Wilde, M., Fukutani, K. Low-temperature growth of Au on H-terminated Si(111): Instability of hydrogen at the Au/Si interface revealed by non-destructive ultra-shallow H-depth profiling. Jpn. J. Appl. Phys. 42 (7B), 4650-4654 (2003).
- Liu, Z., Fujieda, S., Ishigaki, H., Wilde, M., Fukutani, K. Current Understanding of the Transport Behavior of Hydrogen Species in MOS Stacks and Their Relation to Reliability Degradation. ECS Transactions. 35 (4), 55-72 (2011).
- Zinke-Allmang, M., Kalbitzer, S. A novel method to determine vibrational energy states of atomic systems. Z. Physik A. 323 (2), 251-252 (1986).
- Zinke-Allmang, M., Kalbitzer, S., Weiser, M. Nuclear reaction spectroscopy of vibrational modes of solids. Z. Physik A. 325 (2), 183-191 (1986).
- N, B. o. h. r. . K. Dan. Vidensk. Selsk. Mat. -Fys. Medd. 18, (1948).
- Rud, N., Bøttiger, J., Jensen, P. S. Measurements of energy-loss distributions for 6.5 MeV 15N ions in solids. Nucl. Instrum. Methods. 151 (1-2), 247-252 (1978).
- Briggs, D., Seah, M. P. . Practical Surface Analysis by Auger and X-ray Photoelectron Spectroscopy. , (1983).
- Rieder, K. H., Baumberger, M., Stocker, W. Selective Transition of Chemisorbed Hydrogen to Subsurface Sites on Pd(110). Phys. Rev. Lett. 51 (19), 1799-1802 (1983).
- Dong, W., Ledentu, V., Sautet, P., Kresse, G., Hafner, J. A theoretical study of the H-induced reconstructions of the Pd(110) surface. Surf. Sci. 377-379, 56-61 (1997).
- Wilde, M. Influence of H2-annealing on the hydrogen distribution near SiO2/Si(100) interfaces revealed by in situ nuclear reaction analysis. J. Appl. Phys. 92 (8), 4320-4329 (2002).
- Himpsel, F. J., McFeely, F. R., Taleb-Ibrahimi, A., Yarmoff, J. A., Hollinger, G. Microscopic structure of the SiO2/Si interface. Phys. Rev. B. 38 (9), 6084-6096 (1988).
- Helms, C. R., Poindexter, E. H. The silicon-silicon dioxide system: Its microstructure and imperfections. Rep. Progr. Phys. 57 (8), 791 (1994).
- Briere, M. A., Wulf, F., Braunig, D. Measurements of the accumulation of hydrogen at the silicon-silicon-dioxide interface using nuclear reaction analysis. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. 45 (1-4), 45-48 (1990).
- Ecker, K. H., Krauser, J., Weidinger, A., Weise, H. P., Maser, K. Nuclear reaction analysis of hydrogen migration in silicon dioxide films on silicon under N-15 ion irradiation. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. 161-163, 682-685 (2000).
- Maser, K. Hydrogen migration in wet-thermally grown silicon dioxide layers due to high dose 15N ion beam irradiation. Microelectron. Eng. 48, 1-4 (1999).
- Bugeat, J. P., Ligeon, E. Influence of ion beam bombardment in hydrogen surface layer analysis. Nucl. Instrum. Methods. 159 (1), 117-124 (1979).
- Wilde, M., Fukutani, K. Evaluation of non-resonant background in hydrogen depth profiling via 1H(15N,ag)12C nuclear reaction analysis near 13.35 MeV. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. 232 (1-4), 280-284 (2005).
- Horn, K. M., Lanford, W. A. Suppression of background radiation in BGO and NaI detectors used in nuclear reaction analysis. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. 45 (1-4), 256-259 (1990).
