Neuaufbau eines Pelletron-Beschleunigers und Untersuchungen zum Laserhydrieren von Silizium
Rebuild of a pelletron accelerator and investigations on laser hydriding of silicon
Marcus Schwickert
Doctoral thesis
Date of Examination:
2002-10-29
Date of issue:
2003-03-17
Advisor:
Lieb, Klaus-Peter Prof. Dr.
Referee:
Krebs, Hans-Ulrich Prof. Dr.
Referee:
Hofsäss, Hans Christian Prof. Dr.
Referee:
Seibt, Michael PD Dr.
Persistent Address: http://hdl.handle.net/11858/00-1735-0000-0006-B574-7
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Name:
schwickert.pdf
Size:
7,4 MB
Format:
PDF
Description:
Dissertation
Abstract
English
Within the context of this thesis, a pelletron accelerator laboratory NEC 9SDH-2 was moved from the Max-Planck-Institut für Kernphysik Heidelberg to the II. Physikalisches Institut der Universität Göttingen, where it was reassembled. This accelerator facility is equipped with a so-called "Amsel-deflector" system and a low-level experimental setup for resonant nuclear reaction analysis, a combination which allows high resolution hydrogen detection. During the reassembly of the pelletron in Göttingen the ion sources were newly designed and the charging system was improved considerably. With the use of 15N(1H,alpha gamma)12C-nuclear reactions an energy calibration of the accelerator was performed. A system of "Amsel-deflector"-plates was mounted and the gain factor G0 for both, 15N- and proton-beam, was determined theoretically and experimentally. With the help of this setup the hydrogen take-up of laser hydrided titanium and silicon samples was investigated. The term "laser hydriding" denotes the laser irradiation of materials in hydrogen atmosphere. Laser hydriding of titanium leads to an highly increased hydrogen content and the creation of TiH2. Measurements of laser hydrided crystalline and ion beam amorphized silicon samples show only a small hydrogen take-up. In the case of crystalline silicon, the laser hydrided samples contain a highly damaged area near the sample surface that acts as a diffusion trap for the incorporated hydrogen. Laser hydriding of Xe amorphized silicon samples at laser fluences of F<2J/cm2 results in the creation of polycrystalline silicon and low hydrogen take-up.
Keywords: ion beam; MaRPel; nuclear reactions analysis; NRA; RBS-channeling; excimer laser recrystallization; ELC; laser hydriding; hydrogen; titanium; silicon
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Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine Pelletron-Beschleunigeranlage NEC 9SDH-2 vom Max-Planck-Institut für Kernphysik Heidelberg zum II. Physikalischen Institut der Universität Göttingen transferiert und neu aufgebaut. Zu dieser Anlage gehören ein sogenanntes "Amsel-Deflektor"-System und ein Low-Level Messplatz für die resonante Kernreaktionsanalyse, deren Kombination die experimentellen Voraussetzungen zum hochgenauen Wasserstoffnachweis bietet. Beim Neuaufbau des Pelletrons in Göttingen wurden die Ionenquellen grundlegend umgebaut und das Ladungssystem bezüglich der Hochspannungsfestigkeit verbessert. Anhand von 15N(1H,alpha gamma)12C-Kernresonanzen wurde eine Energie-Eichung des Beschleunigers durchgeführt. Ein System von "Amsel-Deflektor"-Platten wurde aufgebaut und der Verstärkungsfaktor G0 für den 15N- und Protonenstrahl wurden theoretisch und experimentell bestimmt. Mit Hilfe dieses Messplatzes wurde die Wasserstoff-Aufnahme von laserhydrierten Titan- und Siliziumproben untersucht. Mit "Laserhydrieren" wird die Laserbestrahlung von Materialien in Wasserstoffatmosphäre bezeichnet. Das Laserhydrieren von Titan führt zu einem stark erhöhten Wasserstoffgehalt und zur Bildung von TiH2. Messungen zum Laserhydrieren von kristallinem und ionenstrahl-amorphisiertem Silizium zeigen nur eine geringe Wasserstoffaufnahme durch das Laserhydrieren. Im Fall des kristallinen Siliziums weisen die laserhydrierten Proben eine starke Schädigung im oberflächennahen Bereich auf, die als Diffusionsfalle für den beim Laserhydrieren eingebrachten Wasserstoff wirkt. Das Laserhydrieren von Xe-amorphisierten Siliziumproben führt bei Laserfluenzen von F<2 J/cm2 zur Bildung von polykristallinem Silizium und zu einer sehr geringen Wasserstoffaufnahme.
Schlagwörter: Ionenstrahlen; MaRPel; resonante Kernreaktionsanalyse; NRA; RBS-Channeling; Excimer-Laser Rekristallisation; ELC; Laserhydrieren; Wasserstoff; Titan; Silizium
