NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ TRONG PHÂN TÍCH VẬT LIỆU TIO2/SIO2 SỬ DỤNG CHÙM ION TỪ MÁY GIA TỐC
Vật lý nguyên tử và hạt nhân
Luận án này tập trung vào nghiên cứu áp dụng các phương pháp hạt nhân nguyên tử để phân tích vật liệu, đặc biệt là hệ vật liệu đa lớp TiO2/SiO2, sử dụng chùm ion từ máy gia tốc. Bối cảnh nghiên cứu xuất phát từ việc trộn lẫn ion (Ion Beam Mixing - IBM) là phương pháp hiệu quả để biến đổi tính chất vật liệu đa lớp, nhưng cơ chế và ảnh hưởng của nó đối với các vật liệu cấy ion chưa được nghiên cứu đầy đủ, đặc biệt là đối với hệ oxit/oxit trong dải năng lượng 100-250 keV.
Mục tiêu chính của luận án là nắm vững nguyên lý và ứng dụng của phương pháp phổ tán xạ ngược Rutherford (RBS) trong phân tích vật liệu đa lớp, đồng thời mô tả và phân tích hiện tượng trộn lẫn trên bề mặt vật liệu TiO2/SiO2 sau khi cấy ion. Luận án cũng khảo sát sự biến đổi tính chất hóa học và quang học của hệ TiO2/SiO2 bằng phương pháp Quang điện tử tia X (XPS) và Quang phổ Ellipsometry (ES), kết hợp với mô phỏng Monte Carlo và SRIM để giải thích các hiện tượng quan sát được.
Các nội dung nghiên cứu chính bao gồm mô tả những thay đổi cấu trúc của vật liệu TiO2/SiO2/Si, khảo sát sự phụ thuộc của trộn lẫn nguyên tử vào năng lượng và khối lượng ion, giải thích cơ chế trộn lẫn ion bằng mô phỏng SRIM, nghiên cứu ảnh hưởng của thay đổi thành phần hóa học, và khảo sát sự biến đổi các thông số quang học.
Kết quả cho thấy quá trình trộn lẫn ion trong cấu trúc TiO2/SiO2 được định lượng bằng RBS, với sự dịch chuyển các bờ năng lượng và thay đổi FWHM của đỉnh Ti. Quá trình trộn lẫn hướng vào trong chiếm ưu thế, và phương pháp đánh giá bằng độ dày tương đối của lớp chuyển tiếp tỏ ra hiệu quả hơn. Trong dải năng năng lượng 100-250 keV, trộn lẫn do thác va chạm chiếm ưu thế. Mức độ trộn lẫn tăng theo năng lượng ion và phụ thuộc mạnh mẽ vào khối lượng ion tới. Năng lượng ion truyền đến các nguyên tử tạo ra sai hỏng mạng sâu hơn đóng vai trò chính trong việc mở rộng vùng trộn lẫn. Sự thay đổi thành phần hóa học (TiO, Ti2O3 tăng, Ti, TiO2 giảm) khi tăng năng lượng ion, cùng với sự biến đổi chiết suất (n) và hệ số tắt (k) và vùng cấm năng lượng (Eg), đều liên quan đến mật độ ion và mức độ sai hỏng tinh thể trong vùng trộn lẫn.