Titelaufnahme

Titel
Applications of high performance physical analytics in materials science / Dragan Krecar
VerfasserKrecar, Dragan
Begutachter / BegutachterinHutter, Herbert ; Eisenmenger-Sittner, Christoph
Erschienen2005
Umfang96, [80] Bl. : Ill., graph. Darst.
HochschulschriftWien, Techn.Univ., Diss., 2006
Anmerkung
Zsfassung in dt. Sprache
SpracheEnglisch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)Materialwissenschaften / Werkstoffcharakterisierung / physikalische Analytik / SIMS / RBS / AES / TEM / SEM
Schlagwörter (EN)Materials Science / Physical Analytics / SIMS / RBS / AES / TEM / SEM
Schlagwörter (GND)Werkstoffkunde / Physikalische Analyse / Sekundärionen-Massenspektrometrie / Rutherford Back Scattering / Rasterelektronenmikroskopie / Durchstrahlungselektronenmikroskop / Auger-Spektroskopie
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-14534 Persistent Identifier (URN)
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Applications of high performance physical analytics in materials science [11.18 mb]
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Klassifikation
Zusammenfassung (Deutsch)

Nowadays the application of physical analytic methods in the material science (synthesis, characterisation and development of new materials) is essential. In this work four of these techniques, which are able to investigate surfaces and interfaces as well as the bulk material: secondary ion mass spectrometry (SIMS), Rutherford backscattering (RBS), electron microscopy (SEM, TEM) and Auger electron spectroscopy; are applied on four different research areas: 1) Powder metallurgy (PM): PM is a high sophisticated technique, which enables the production of precision components with complex geometry and excellent surface quality. One important step in the part production is sintering. The enhancement of the sintering process can be done using some definite sintering additives e.g. phosphorus and boron. Here the study of the influence, pointing to the complete sintering process and to the material properties of the obtained parts, using these two sintering additives (activator), is made by means of 2D and 3D SIMS and scanning electron microscopy (SEM). 2) Tribology on the aerospace bearing materials: The formation and the effect of the reaction layer on two commonly used aerospace bearing steels (AMS 6491 M50 and AMS 5898), after two tribological tests (ball - on -disk BOD and rolling contact fatigue RCF) is investigated with SEM as well as with 2D and depth profiling SIMS. 3) Gettering effects and defect engineering: Gettering layers are produced by means of high energy ion implantation and subsequently annealing. These gettering layers (defects) are able to collect unwanted impurities and thus to reduce their concentration in the active area of the wafers, what could be essential for the further processing e.g.

production of electronic devices. Copper is implanted from the backside of the wafer and thus is used as extrinsic impurity to be gettered inside these layers. Copper SIMS depth profiles show the distribution of the formed gettering layers. These defects produced by means of ion implantation can also be helpful for ion beam synthesis of silicon - on - insulator (SOI) structures. The defects can be produced prior or simultaneously with the effectively oxygen implantation. The defects and the depth profiles of all implanted species are studied by means of transmission electron microscopy (TEM), AES and SIMS depth profiles. 4) SiGe heterostructures: The aim of this part is the comparison and correspondence of SIMS with low energy Rutherford Backscattering (RBS).

The advantages and the limits of these two methods will be shown.

Additionally it will be demonstrated how the mathematical simulations (RBS spectra simulation) and mathematical models and fittings (improvement of SIMS depth resolution) are able to help and to solve some problems occurring due to the limits of the analytical methods.

Zusammenfassung (Englisch)

Die physikalisch - analytischen Methoden sind heutzutage in der Materialwissenschaft bei der Herstellung, Charakterisierung und Entwicklung neuer Werkstoffe und Materialien unumgänglich. In dieser Arbeit wird vor allem der Einsatz von Sekundärionen Massenspektrometrie (SIMS) ergänzt und unterstützt durch Rutherford Rückstreuspektroskopie (RBS), Elektronenmikroskopie (SEM, TEM) und Auger Elektronenspektroskopie (AES) in dem Bereich der Oberflächen - und Grenzflächenanalytik als auch in der Bulkanalysis anhand von vier komplett verschieden Forschungsgebieten gezeigt: 1) Pulvermetallurgie: Die Pulvermetallurgie ist eine hoch entwickelte Technologie, die es ermöglicht, Teile mit komplexen, präzisen Geometrien und mit hochqualitativer Oberfläche in hohen Stückzahlen zu produzieren.

Eines der wichtigsten Teilprozesse in der pulvermetallurgischen Herstellung der Formteile ist das Sintern. In diesem Teilabschnitt wird der Einfluss und die Auswirkungen der Sinteraktivatoren Bor und Phosphor auf den gesamten Prozess mittels 2D und 3D SIMS und Rasterelektronenmikroskopie (SEM) untersucht. 2) Tribologie an Lagerwerkstoffen: Die Bildung und die Konsequenzen einer Reaktionsschicht auf zwei verschiedenen Stählen (AMS 6491 M50 und AMS 5898), die in der Luftfahrtindustrie zum Einsatz kommen, nach den tribologischen Tests (Ball - Scheibe Test, Roll - Kontakt - Ermüdung Test) werden mit Hilfe von SIMS und SEM untersucht. 3) Gettering - Effekte und Defektproduktion (defect engineering): Mit Hilfe der Ionenimplatantion und der anschließenden Temperaturbehandlung ist es möglich definierte Gettering - Schichten (Defektbereiche bzw.

Defektregionen, mit denen es möglich ist nicht erwünschte Verunreinigungen innerhalb der Si Wafern aus der Aktivregion eines Wafers zu entziehen) zu produzieren. Um die Bildung dieser Gettering - Schichten nachzuweisen, wird z.B. Kupfer als Verunreinigung von der Rückseite implantiert. Dessen gemessene Tiefenverteilung dient als Abbild der produzierten Gettering - Schichten. Andererseits kann die Produktion von definierten Defekten bei der Synthese von Silizium auf Isolator (SOI) Strukturen mit der Ionenstrahlmethode behilflich sein.

Die Defekte, die das ermöglichen werden sowohl vor als auch während der tatsächlichen Sauerstoffimplantation produziert. Diese Defekte und deren Auswirkungen werden mit Hilfe der Transmission Elektronenmikroskopie (TEM), AES und mit Hilfe der SIMS Tiefenprofile, aller an der Implantation beteiligten Spezies, studiert. 4) SiGe - Halbleiter Heterostrukturen: In diesem Abschnitt soll der Vergleich und die Korrelation der SIMS Methode mit der Rutherford Rückstreuspektroskopie (RBS, im niederenergetischen Modus) gezeigt werden. Außerdem werden die Grenzen und Vorteile der beiden Methoden diskutiert und wie man mit Hilfe von Simulationen (Darstellung von RBS Spektren) und mathematischen Modellen (Verbesserung der Tiefenauflösung der SIMS) an die Lösungen verschiedener Probleme herankommen kann, die durch die Grenzen der analytischen Methoden zu Stande kommen.