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2007 - Daniel Primetzhofer
Quantitative Analytik ultradünner Filme
Diiploma Project: Research Stay at the Department of Mechanical Engineering and Science, Kyoto University, Japan
16.02.2007 – 02.03.2007
Daniel Primetzhofer
Contact: daniel.primetzhofer(/\t)aon.at
Im Rahmen meiner Diplomarbeit in der Arbeitsgruppe für Niederenergieionen-streuung (Prof. Peter Bauer) am Institut für Experimentalphysik / Abteilung für Atom- und Oberflächenphysik beschäftigte ich mich mit Untersuchungen von Einkristallen und der qualitativen und quantitativen Analyse von dünnen Schichten mittels TOF-LEIS (Time-Of-Flight Low Energy Ion Scattering). Im Rahmen der Einkristallmessungen in Linz wurden auch Messungen die typische Kristalleffekte zeigen durchgeführt. Weiters wurden dünne Schichten (sub-Nanometer) verschiedener Materialien aufgedampft, und mit Niederenergieionenstreuung untersucht.
Die Arbeitsgruppe von Prof. Kenji Kimura an der Kyoto University, Department of Mechanical Engineering and Science, (die Homepage liegt leider nur auf Japanisch vor) verfügt über eine Hochauflösende RBS-(Rutherford BackScattering-)Anlage [1]. Des weiteren experimentiert sie mit einem TOF ion-scattering setup (allerdings bei weitaus höheren Energien als in Linz). Im Gegensatz zum Linzer System verfügt dieses über einen ortsauflösenden Detektor, welcher eine zweidimensionale Darstellung der rückgestreuten Intensität ermöglicht, was bei Einkristallen, welche eine charakteristische Winkelabhängigkeit in der Rückgestreuten Intensität zeigen, von Interesse ist, und schnelle Messungen der Kristallausrichtung ermöglicht.
Während des Aufenthalts wurden verschiedene Messungen und Tätigkeiten im Laboratorium von Prof. Kimura durchgeführt. An den ersten beiden Tagen wurde ein neuer Probenmanipulator installiert. Darauf anschließend wurden die ersten Messungen die für mich und meine Diplomarbeit relevant waren durchgeführt. Analog zu Versuchen in Linz, wurde ein dünner Titanfilm auf einem Substrat aus SiO2/Si(001) aufgedampft. Die Tiefenverteilung der einzelnen Elemente wurde vor und nach dem Aufdampfen sowie nach Erhitzen der Probe auf 300°C bestimmt. Die Charakterisierung der Tiefenverteilung der Elemente erfolgte mit hoher Genauigkeit, und zeigte eine Diffusion des Sauerstoffs an die Probenoberfläche sowie des Titans in das Silizium nach dem Erhitzen. Diffusion des Sauerstoffs in geringerem Ausmaß wurde auch ohne Erhitzen beobachtet. Ein ähnliches Diffusionsverhalten wurde für dünne Kupfer- und Goldfilme auf Substraten wie Si und SiO2 in Linz beobachtet. Allerdings ermöglichen die höheren Energien die in Japan verwendet wurden eine bessere Bestimmung der Tiefenverteilung, während in Linz eine höhere Oberflächenempfindlichkeit erreicht wird.
Im weiteren Verlauf des Aufenthalts wurde mit dem zweidimensionalem TOF-setup (dasselbe System wie in [2] beschrieben) gearbeitet. Da der Versuchsaufbau erst in den vergangenen zwei Jahren konstruiert wurde, und noch keine Resultate geliefert hatte, mussten noch einige Vorbereitungen, betreffend die Datenauswertung getroffen werden. Daran anschließend wurden erste Messungen an Si(100) und PbSe Einkristallen durchgeführt. Diese zeigten die erwarteten Strukturen wie sie in früheren Messungen beobachtet wurden [3]. Dies waren die ersten Messungen mit diesem Aufbau in Kyoto die vernünftige Resultate lieferten.
Die Versuche wurden in der Regel in Zusammenarbeit mit einer chinesischen Doktorandin und einem japanischem Univ. Ass. durchgeführt. Weiters wurden zahlreiche Gespräche über die in Linz durchgeführten Experimente und über die Unterschiede und Ähnlichkeiten der verwendeten Messaufbauten geführt.
Allgemeine Informationen von Interesse für zukünftige Besuche, die zu erwähnen sind betreffen vor allem die Sprachbarriere. Hierzu ist zu bemerken, dass Japaner typischerweise nicht oder nur sehr wenig Englisch sprechen, auch bei Studenten und anderen Universitätsangehörigen kann selbiges nicht automatisch vorausgesetzt werden. Allerdings ist das Verständnis von geschriebenem Englisch in der Regel weitaus besser, weshalb es oft günstig ist etwas aufzuschreiben, anstatt es in Worten zu erklären. Mit etwas Geduld ist also eine Kommunikation durchaus möglich.
Insbesondere bietet Japan die Möglichkeit eine von unserer völlig verschiedene Kultur kennen zu lernen. Insgesamt ist ein Aufenthalt in Japan relativ unkompliziert; in den meisten Dingen herrscht (süd-)europäischer Standard vor.
[1] K. Kimura, S. Joumori, Y. Oota, K. Nakajima, M. Suzuki; Nuclear Instr. and Meth. B 219-220 (2004) 351-357
[2] T. Kobayashi; Nucl. Instr. and Meth. B 249 (2006) 266-269
[3] H. Ellmer, R. Aichinger, E. Winkler, D. Semrad, V. Mergel and O. Jagutzki; Review of Scientific Instruments 71, 7, pp. 2693-2697