mta atomki, debrecen
DESCRIPTION
Protonnyaláb okozta fizikai és kémiai változások vizsgálata polimerekben és alkalmazásaik a protonnyalábos mikromegmunkálásban. TÁMOP-4.2.2/B-10/1-2010-0024. Szilasi Szabolcs. Témavezetők: Dr. Rajta István Dr. Kiss Árpád Zoltán. MTA Atomki, Debrecen. PhD védés, 2012. szeptember 25. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Protonnyaláb okozta fizikai és kémiai változások vizsgálata polimerekben és alkalmazásaik a
protonnyalábos mikromegmunkálásban
MTA Atomki, Debrecen
PhD védés, 2012. szeptember 25.
Szilasi Szabolcs
Témavezetők:Dr. Rajta István
Dr. Kiss Árpád Zoltán
TÁMOP-4.2.2/B-10/1-2010-0024.
Bevezetés
2012. Szeptember 25. Szilasi Sz. – Ph.D. védés 2
• Protonnyalábos mikromegmunkálás (Proton Beam Writing, PBW)
• Viszonylag új (1993, Oxford), direkt írásos, háromdimenziós litográfiás eljárás
• Világszerte ~10 laboratórium, kiemelkedő: Szingapúri Egyetem - Center of Ion Beam Applications (CIBA)
• Pásztázó ionmikroszonda laboratóriumokban használják, kereskedelmi forgalomban még nem kapható PBW célberendezés
• Magyarországon: 2002-től, azóta is egyedüliként az Atomkiban
• Először TDK-sként, majd diplomamunkásként kapcsolódtam be, később mint PhD hallgató
PBW bemutatása
A proton behatol a céltárgyba.
A részecske által bejárt pálya mentén fizikai és kémiai
változások történnek.
Az anyag szerkezete lokálisan megváltozik.
A kialakuló változások mértéke függ az anyagi minőségtől és a besugárzás paramétereitől.
2012. Szeptember 25. Szilasi Sz. – Ph.D. védés 3
Doktori munkám soránPoli(metil-metakrilát)-ban (PMMA) és poli(dimetil-sziloxán)-ban (PDMS) protonokkal történő besugárzás hatására kialakuló fizikai és kémiai változások vizsgálatával foglalkoztam. Fontos volt számomra a gyakorlati alkalmazási lehetőségek keresése, bemutatása.
PMMA
Törésmutató-változás mélységfüggésének vizsgálata
Kémiai változások mélységfüggésének vizsgálata
PDMS
A törésmutató-változás mélységfüggésének vizsgálata
Kémiai változások vizsgálata
Mintafelszín topográfiájának változásai
Eredmények alkalmazása, optikai elemek létrehozása
Optikai hullámvezető kialakítása, fényvezetés igazolása
Optikai rácsok és Fresnel-féle zónalemezek létrehozása
Domború mikrolencse kialakítása
2012. Szeptember 25. Szilasi Sz. – Ph.D. védés 4
Atomki VdG-5
2012. Szeptember 25. Szilasi Sz. – Ph.D. védés 5
PMMA – kémiai változások mélységfüggésének vizsgálata
Reflexiós (ATR)
Transzmissziós
FTIR
Mivel egy ion lassulása közben változó mennyiségű energiát ad át a közegnek, ezért feltehetőleg a pályája mentén felszakadó kötések száma sem állandó.
6.25×1013 proton/cm2, 2 MeV, ~83 m
2012. Szeptember 25. Szilasi Sz. – Ph.D. védés 6
PMMA – kémiai változások mélységfüggésének vizsgálata
Raman
Pontmérés Vonal pásztázás
2012. Szeptember 25. Szilasi Sz. – Ph.D. védés 7
PMMA – kémiai változások mélységfüggésének vizsgálata
ATR Transzmissziós
Pontmérés Vonal pásztázás
FTIR Raman
Mélységi kémiai vizsgálatok
S.Z. Szilasi, R. Huszank, D. Szikra, T. Váczi, I. Rajta, I. Nagy, Chemical changes in PMMA as a function of depth due to proton beam irradiation, Materials Chemistry and Physics 130 (2011) 702– 707.
2012. Szeptember 25. Szilasi Sz. – Ph.D. védés 8
PDMS - törésmutató változás mélységi profiljának vizsgálata
S. Z. Szilasi, J. Budai, Z. Pápa, R. Huszank, Z. Tóth, I. Rajta, Refractive index depth profile and its relaxation in polydimethylsiloxane (PDMS) due to proton irradiation, Materials Chemistry and Physics (2011) 370 - 374
Demonstráció, alkalmazás
hullámvezetőklétrehozása
~2 m2 m, 9.38 1014 cm-2 (1500 nC/mm2 )
Al abszorbensek, 1,265 – 2,000 MeV proton, 1,25×1015 proton/cm2 (2000 nC/mm2)
2012. Szeptember 25. Szilasi Sz. – Ph.D. védés 9
PDMS – topográfia, fázisváltozás vizsgálata
Kompaktálódás
Topográfia és fázisváltozás kapcsolata
S.Z. Szilasi, J. Kokavecz, R. Huszank, I. Rajta, Compaction of poly(dimethylsiloxane) (PDMS) due to proton beam irradiation, Applied Surface Science 257 (2011) 4612–4615
Különböző vonalszélesség/periódus
arányú vonalak
Keresztmetszet
y=a-bcx aszimptotikus függvény
elérhető legnagyobb besüllyedés meghatározása
Keresztmetszet
2012. Szeptember 25. Szilasi Sz. – Ph.D. védés 11
PDMS – domború mikrolencsék létrehozása kompaktálódással
S.Z. Szilasi, N. Hegman, A. Csik, I. Rajta, Creation of convex microlenses in PDMS with focused MeV ion beam, Microelectronic Engineering 88 (2011) 2885–2888
15, 30, 60, 100, 200 m belső átmérőjű
körgyűrűk besugárzása 1500
nC/mm2 = 9,38×1014 proton/cm2
Lencseméretek Lencse profil Fókusztávolságok
AFM képek
2012. Szeptember 25. Szilasi Sz. – Ph.D. védés 12
Összefoglalás
• PMMA és PDMS polimerek optikai tulajdonságainak megváltozását vizsgáltam különböző hullámhosszakon a 2 MeV-es protonok behatolási mélységének függvényében. Kimutattam, hogy a besugárzás hatására kialakult törésmutató változás szorosan összefügg a protonok energiaveszteségével. Az eredményeim demonstrációjaként optikai eszközöket hoztam létre proton mikronyalábbal PDMS-ben.
• PMMA és PDMS polimerekben protonokkal történő besugárzás hatására kialakuló kémiai változásokat vizsgáltam a protonok behatolási mélységének függvényében. Kimutattam, hogy a besugárzás hatására kialakult kémiai változás szorosan összefügg a protonok energiaveszteségével. PMMA esetében meghatároztam a bekövetkező kompaktálódás mértékét a mélység függvényében
• Vizsgáltam PDMS felszínének topográfiai változásait 2 MeV energiájú proton mikronyaláb hatására. Megmutattam, hogy a PDMS felszínének topográfiája hogyan függ a besugárzás bizonyos paramétereitől. Az eredményeim alapján mikrooptikai eszközöket készítettem és vizsgáltam.
2012. Szeptember 25. Szilasi Sz. – Ph.D. védés 13
A disszertációhoz tartozó közlemények1. I. Rajta, S.Z. Szilasi, J. Budai, Z. Tóth, P. Petrik, E. Baradács, Refractive index depth
profile in PMMA due to proton irradiation, Nucl. Instr.Meth. in Phys. Res. B 260 (2007) 400–404, IF: 0,997. F.len hivatkozások száma: 7.
2. S. Z. Szilasi, J. Budai, Z. Pápa, R. Huszank, Z. Tóth, I. Rajta, Refractive index depth profile and its relaxation in polydimethylsiloxane (PDMS) due to proton irradiation, Mat. Chem. Phys. (2011) 370-374, IF: 2,353.
3. R. Huszank, S.Z. Szilasi, I. Rajta, A. Csik, Fabrication of optical devices in poly(dimethyl-siloxane) by proton microbeam, Optics Communications 283 (2010) 176–180, IF:1,517. F.len hivatkozások száma: 1
4. S.Z. Szilasi, R. Huszank, D. Szikra, T. Váczi, I. Rajta, I. Nagy, Chemical changes in PMMA as a function of depth due to proton beam irradiation, Mat. Chem. Phy. 130 (2011) 702– 707., IF: 2,353. F.len hivatkozások száma: 1.
5. S.Z. Szilasi, J. Kokavecz, R. Huszank, I. Rajta, Compaction of poly(dimethylsiloxane) (PDMS) due to proton beam irradiation, Appl. Surf. Sci. 257 (2011) 4612–4615, IF:1,793.
6. S.Z. Szilasi, N. Hegman, A. Csik, I. Rajta, Creation of convex microlenses in PDMS with focused MeV ion beam, Microel. Eng. 88 (2011) 2885–2888, IF:1,569.
(7. R. Huszank, S.Z. Szilasi, D. Szikra, Deposited energy dependent chemical processes in poly(dimethylsiloxane) induced by 2.0 MeV H+ irradiation, Beküldés alatt)
2012. Szeptember 25. Szilasi Sz. – Ph.D. védés 14
Egyéb közlemények8. Szilasi S.Z., Baradács E., Daruka I., Raics P., Cserháti Cs., Dobos E., Rajta I.: PMMA
melting under proton beam exposure. Nucl. Instr.Meth. B 231 (2005) 419 9. Szilasi S.Z., Huszank R., Csik A., Cserháti C., Rajta I.: PDMS patterning by proton
beam, Nucl. Instr.Meth. B 267 (2009) 229610. Rajta I., Szilasi S.Z., Fürjes P., Fekete Z., Dücső Cs., Si Micro-turbine by Proton
Beam Writing and Porous Silicon Micromachining, Nucl. Instr.Meth. B 267 (2009) 2292
11. Huszank R., Szilasi S.Z., Vad K., Rajta I., Fabrication of a microreactor by proton beam writing technique, Nucl. Instr.Meth. in Phys. Res. B 267 (2009) 2299
12. Rajta I., Gál G. A. B., Szilasi S.Z., Juhász Z.,Biri S., Mátéfi-Tempfli M., Mátéfi-Tempfli S., Nanochannel alignment analysis by scanning transmission ion microscopy, Nanotechnology 21 (2010) 295704
13. Huszank R., Szikra D., Simon A., Szilasi S.Z., I. P. Nagy, 4He+ Ion Beam Irradiation Induced Modification of Poly(dimethylsiloxane). Characterization by Infrared Spectroscopy and Ion Beam Analytical Techniques, Langmuir 27 (2011) 3842 – 3848
14. Gál G.A.B., Rajta I., Szilasi S.Z., Juhász Z., Biri S., Cserháti C., Csik A., Sulik B., Scanning transmission ion microscopy of polycarbonate nanocapillaries, Nucl. Instr.Meth. B (2011) 2322-2325
15. Juhász Z., Kovács S.T.S., Herczku P., Rácz R., Biri S., Rajta I., Gál G.A.B., Szilasi S.Z., Pálinkás J., Sulik B., Guided transmission of 3 keV Ar7+ ions through dense polycarbonate nanocapillary arrays: Blocking effect and time dependence of the transmitted neutrals, Nucl. Instr.Meth. B 279 (2012) 177–181
KöszönetnyilvánításK
öszönettel tartozom mindenkinek, aki segített, közreműködött, bármilyen módon hozzájárult e dolgozat vagy a benne foglalt eredmények megszületéséhez!
Külön megköszönöm témavezetőmnek, Dr. Rajta Istvánnak, hogy lehetővé tette a kutatási programom megvalósítását, és hogy a kezdetektől fogva segítette, támogatta munkámat!
Köszönetet mondok Dr. Kiss Árpád Zoltán professor emeritusnak, kezdeti témavezetőmnek a sok hasznos tanácsért, megjegyzésért, és hogy szorgalmazta a dolgozatom megírását.
Köszönöm a kutatásaim során született cikkek társszerzőinek az elvégzett munkájukat, tanácsaikat, segítségüket. Nagyszerű szakembereket ismerhettem meg személyükben, igazi élmény volt velük együtt dolgozni!
Nem utolsó sorban hálával tartozom családomnak, mert mindvégig támogattak és biztosították a munkámhoz szükséges nyugodt hátteret, ami nélkül ez a dolgozat bizonyára meg sem születhetett volna.
A publikáció/prezentáció/poszter elkészítését a TÁMOP-4.2.2/B-10/1-2010-0024 számú projekt támogatta. A projekt az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósult meg.
2012. Szeptember 25. Szilasi Sz. – Ph.D. védés 16