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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1 logouniversidad.png Universidad de Chile Facultad de Ciencias Departamento de Física Peĺıculas delgadas, fabricación y medida del Stopping Power sobre bicapas Cu-Al. Felipe Valencia Valentina Ortiz Diego González

2 Abstract Se restaurará un sistema de fabricación de peĺıculas delgadas, con el fin de crear un serie de peĺıculas autosustentables de Cu, Al y bicapas Cu-Al. Se medirán los espesores de ellas usando como herramienta el método de stopping power (SP).

3 Trabajo El stopping power de una bicapa de Cu-Al depende del orden en que se encuentren las peĺıculas que la componen. α Cu Al? = α Al Cu

4 Respaldo teórico E 0 X Cu Cu X X Al Al E 2 Se define el SP de un material como S = de dx E x. (1) Diagrama bicapa. El SP para la bicapa está dado por: S T = E 2 E 0 X = (E 2 E 1 ) + (E 1 E0) X (2)

5 Donde los términos de la ecuación (2) pueden escribirse como S T = S Cu(E 21 ) X Cu + S Al (E 10 ) X Al. (3) X El SP total es proporcional a la suma de cada SP ponderado por el espesor de la peĺıcula. Que ocurre si se cambia el sentido de la lámina? S T = S Cu(E 10 ) X Cu + S Al (E 21 ) X Al. (4) X Como S(E) en general no tiene comportamiento lineal y depende directamente del material a usar, diremos: S T S T

6 Para el montaje contamos con una campana de vacío, dos bombas rotatorias, una bomba difusora, dos medidores de pre-vacío Pirani y un medidor de alto-vacío Penning. Para conectar todas estas piezas agregamos mangueras y abrazaderas de alta presión, uniones metálicas, o rings y abrazaderas simples. Unimos las partes para crear un sistema de alto-vacío como se muestra en el esquema de la Figura 1.

7 Sistema alto-vacío Figura: del sistema. (1) Rotatoria 1, (2) Rotatoria 2, (3) Difusora, (4) Campana.

8 Conexiones Los extremos de las mangueras se conectan a las distintas piezas como se muestra en la figura Se introduce la unión de duraluminio (5) en el extremo de la manguera, y esta conexión se asegura con una abrazadera de alta presión (6). Luego, con un o ring sobre un anillo metálico (7) de intermedio se conecta este trozo a la válvula o entrada de la bomba, según sea el caso. Encima de esta unión ponemos una abrazadera simple (8).

9 Generación de alto-vacío Antes de iniciar la secuencia de pasos para generar vacío debemos hacer las siguientes consideraciones: Chequear que cada conexión esté en las mejores condiciones. La campana y todo el interior debe estar lo más limpio posible y libre de humedad. Utilizar grasa de vacío en las uniones y en el sello de goma de la campana.

10 Para generar alto-vacío: 1 Encender rotatoria 1 (1) 2 Abrir v.1 3 Alcanzar presión P 10 2 Torr en la bomba difusora(3) 4 Encender rotatoria 2 (2) 5 Abrir v.2 6 Encender difusora, encender ventilador 7 Alcanzar presión P 10 2 Torr en la campana(5) 8 Abrir v.3, cerrar v.2 9 Alcanzar presión P 10 5 Torr en la campana

11 Sistema de Evaporación Al interior de la campana se encuentra nuestro sistema de evaporación. Al encontrarse a baja presión, la temperatura de evaporación del material disminuye, lo que nos permite realizar esta tarea, depositándolo sobre los sustratos que se encuentran en la base Volts Transformador 220 Volts Variac Campana

12 Sistema de Evaporación El canastillo (Wolframio) es un elemento importante en la etapa evaporación. Éste entrega la energía al material que se le deposita, hasta lograr su evaporación. el, se permite la evaporación de este. Canastillo Material a evaporar

13 Sistema de Evaporación El material que se evapora queda depositado sobre los sustratos que se encuentran sobre el canastillo, generando una peĺıcula delgada sobre ellos

14 Evaporación Luego de que alcanzamos el vacío adecuado, conectamos el variac a 220[Volts], que nos permite variar el voltaje que se entrega al transformador.) Variamos lentamente el voltaje observando el voltímetro conectado al variac. Controlamos su aumento cuidando de que el canastillo no se rompa, ni el material salga de él. Volts Campana Transformador Variac 220 Volts

15 Para generar peĺıculas autosustentables primero realizamos: Evaporación de NaCl sobre los sustratos Evaporación de Cu sobre los sustratos Retiramos una peĺıcula de Cu y agregamos una con NaCl Evaporación de Al sobre los sustratos Se retiran todas las peĺıculas Delgadas Como resultado obtenemos, peĺıculas de NaCl-Cu, NaCl-Al y NaCl-Cu-Al. * Cada vez que se realiza una evaporación, antes se genera alto-vacío

16 Autosustentables Para hacer estas peĺıculas autosustentables, se introduce lentamente el sustrato en agua destilada, lo que separa la peĺıcula deseada del sustrato, ya que elimina la capa de NaCl. Al Cu NaCl H 2O Al Cu Sustrato Sustrato

17 Cuando las peĺıculas quedan flotando sobre el agua destilada, las poscicionamos sobre los blancos para, posteriormente, llevarlas al portablancos y medir su Stopping Power.

18 Stopping Power Calibración del sistema Espectro de fuente triple durante 10 segundos. 250 Sin película 241 Am Cuentas Pu 244 Cm ,5 5,0 5,5 6,0 6,5 Energía[keV]

19 Stopping Power Lámina de Cobre 3 CuFilm 239 Pu 241 Am 250 Cuentas Cm ,8 5,0 5,2 5,4 5,6 5,8 Energía [kev]

20 Stopping Power Lámina de Cobre 3 CuFilm Sin Film 239 Pu 241 Am 250 Cuentas Cm ,6 4,8 5,0 5,2 5,4 5,6 5,8 6,0 Energía [kev]

21 Stopping Power Valor teórico software SRIM. Stopping Power [kev/μm] [kev/μm] Stopping Power Cu Curva Interpolada 0 0 2,0 4,0 6,0 8,0 1e+04 Energía [kev] Figura: Curva interpolada mediante splines cúbicos para 12 puntos.

22 Stopping Power Analisís de datos Los gráficos anteriores se resumen en lo siguiente: Centroide promedio antes de calibrar: Elemento Peak 239 Pu ± Cm ± 0.14 Valor del peak de 241 Am para el sistema calibrado E Am = ± 0.82 (kev) 0.3 % Valor del peak 241 Am para la lamina de Cu E Am = ± 0.98 (kev)

23 Stopping Power Obtenemos una lámina de Cu autosustentable de espesor X= 0.38 ± 0.01 [µm]

24 Stopping Power Bicapa Capa Cu-Al: P Am = ± 1.17 kev. Capa Al-Cu: Peak sin film: P Am = ± 1.77 KeV. Peak con film: P Am = ± 0.53 KeV.

25 Stopping Power Bicapas. Interface Cu-Al S 1 = 442,21 x Interface Al-Cu kev/µm S 2 = 444,41 x kev/µm

26 Stopping Power sobre Aluminio S (KeV/μm) Datos extraídos del Software SRIM. Datos SRIM Al Curva Interpolada ,0 4,0 6,0 8,0 1e+04 Energía (KeV) Figura: Curva interpolada mediante splines cúbicos para 12 puntos. El Stopping Power se comporta de forma lineal en torno a las energías medidas.

27 A partir de la restauración de un sistema de vacío fue posible crear peĺıculas autosustentables de Cu, Al y bicapas Cu-Al. Mediante el método de transmisión para medir Stopping Power se determinó el espesor de una peĺıcula de Cu (0,38 ± 0,01 µm) El SP de la peĺıcula obtenida es el mismo para cualquiera de las interfases sobre las que incidan primero las las partículas alfa. Para concluir que la hipótesis es errónea: Repetir el experimento con el fin de generar una bicapa más pura. Cambiar los rangos de energía de las partículas incidentes ya que el SP es aproximadamente lineal para este rango de energías.

28 . Agradecemos a todo el personal del laboratorio de física nuclear. Además, agradecemos de forma especial: Al Dr. Roberto Morales tanto por el financiamiento como el apoyo moral y académico a lo largo de este. Agradecemos al Ms. Erick Burgos por la constante guía y ayuda entregada. Al Dr. Pedro Miranda por su asesoramiento, disposición y ayuda al momento de medir SP. Al laboratorio de biología por todos los materiales facilitados tan generosamente.