ESEMPI DI APPLICAZIONI
High-resolution Plasma Spectroscopy Using an Echelle Spectrograph
Figura 1: Nell’immagine l’accoppiamento Echelle CCD e l’Elettrodo liquido
Presso la ISAS di Dortmund è stato sviluppato un plasma miniaturizzato con un elettrodo liquido (Liquid Electrode Dielectric Barrier Discharge, LE-DBD) che può operare in flusso continuo utilizzando piccole quantità volumetriche di campioni. Questo sistema permette la determinazione di specie chimiche diluite nell’elettrodo tramite la Spettroscopia ottica di Emissione. L’ accoppiamento di una telecamera Greateyes GMBH (GE 1024 1024 BI) e dei uno spettrografo Echelle (sviluppato al ISAS) forniscono simultaneamente spettri di alta risoluzione ed elevata sensibilità, anche nella regione spettrale degli UV. L’ analisi degli spettri acquisiti consente la determinazione della distribuzione degli elementi chimici ma anche la caratterizzazione di parametri del plasma, come la temperatura di diverse specie o la densità elettrica.
Thickness determination of ultra-thin foils in the EUV spectrum
Il metodo della Spettroscopia di trasmissione EUV permette una rapida caratterizzazione dello spessore di fogli sottili; questo metodo è basato sull’induzione di plasma da parte di una sorgente laser che emette negli EUV. L’ emissione plasmatica, opportunamente filtrata e resa monocromatica, colpisce il foglio. Per poter misurare i valori in trasmissione, relazionabili allo spessore del campione, è necessaria una camera che abbia alta sensibilità e basso rumore di lettura.
Una GE 2048 512 BI UVI (Greateyes GMBH) è stata utilizzata presso il Max-Born-Institute di Berlino, la deviazione standard è risultata inferiore a 0.005 ed è stato possibile misurare lo spessore dei fogli con accuratezza nanometrica.
Imaging and Spectroscopy Using Soft X-Ray Radiation
Presso il “Laboratory for innovative X-ray technologies (BLIX)” dell’Università di Berlino è stato sviluppato un Laser modulare al plasma per applicazioni di Spettroscopia che emette radiazione di Soft X-Ray.
Questa sorgente permette esperimenti da laboratorio che prima erano possibili solamente con sorgenti di radiazione di Sincrotrone. Per una completa caratterizzazione di soft X-Ray (100-1300 eV) è necessario misurare lo spettro di emissione e le proprietà del raggio radiante. Per entrambi questi scopi è stata utilizzata una camera Greateyes GMBH GE 2048 512 BI, in un caso combinandola ad uno spettrografo di trasmissione e in un’ altro inviando la sorgente direttamente sul sensore per un imaging diretto.
Fluorescence In Vivo Imaging
L’ Imaging di Fluorescenza in vivo funziona grazie a fluorofori che vengono eccitati da sorgenti esterne, e che emettono radiazione a lunghezza d’onda differenti da quelle di eccitazione. L’ emissione di fluorescenza può essere acquisita da una camera che sia sensibile nel range spettrale del vicino infrarosso. Un esempio ne è la visualizzazione di cellule tumorali nei linfonodi di un ratto. Per questo scopo dei marcatori tumorali sono stati iniettati al ratto. Il segnale di fluorescenza emesso è basso, per questo motivo è necessaria una camera molto sensibile in combinazione ad un opportuno filtro che selezioni la banda di emissione.
Nell’ immagine di sinistra è visualizzato il ratto tramite scattering di luce mentre a destra la sovrapposizione dell’ immagine precedente con quella di fluorescenza che evidenzia le cellule tumorali. E’ stata utilizzata per queste immagini una Greateyes GMBH GE 1024 1024 DD NIR.
LEED Imaging
La Low Energy Electron Diffraction è una tecnica utilizzata per determinare la formazione di atomi su strutture superficiali o film sottili di materiale cristallino. Per questo scopo una parte del materiale viene bombardata con un raggio collimato di elettroni a bassa energia, gli elettroni sono scatterati dalla superficie ed osservabili come spots su di uno schermo fluorescente.
Nell’ immagine ne viene riportato un esempio Il segnale è comunque debole ed è stato necessario l’ utilizzo di una camera molto sensibile quale la GE 1024 1024 BI MID della greateyes GMBH.
Soft X-ray Single Shot NEXAFS spectroscopy
La tecnica spettroscopica “Single shot near edge x-ray absorption fine structure (NEXAFS)” è stata dimostrata con un setup di laboratorio costituito essenzialmente da un laser-produced plasma (LPP) source, special reflection zone plates (RZP) ed una CCD camera sensibile nei raggi X (GE 2048 512 X-ray, greateyes GmbH).
La NEXAFS permette lo studio dell’ ambiente chimico di un analita, portando informazioni quali lo stato di ossidazione, le distanze fra gli atomi e gli angoli di legame. Un un setup appropriato questi risultati sono ottenibili con un impulso di raggi X pari a 1.2 ns facilitando così il monitoraggio del degradamento del campione ed esperimenti risolti nel tempo.
In figura è visualizzata la radiazione policromatica dalla sorgente LPP dispersa orizzontalmente dalle ottiche RZP nella camera CCD. Quando si frappone il campione ne è possibile analizzare lo spettro di emissione. Maggiori dettagli:
Elettroluminescenza (EL)
Una corrente esterna è applicata ad una cella o pannello solare utilizzandone i contatti elettrici, l’ elettroluminescenza è invisibile all’ occhio umano e si rende necessario l’ utilizzo di una camera molto sensibile per detectarla.
Nelle figure sono riportati un tipico setup di misura e le relative immagini acquisite.
Fotoluminescenza
La cella solare o il wafer di silicio sono eccitati da una sorgente luminosa ad alta intensità (in genere un Simulatore Solare). La Fotoluminescenza deve essere raccolta da una telecamera ad elevata sensibilità, essendo il segnale emesso molto debole.
Non essendo necessari contatti elettrici per questa misura è possibile eseguire studi ai primi stadi della produzione e dello sviluppo.
Detectors for XUV Spectroscopy
E’ stato fatto un paragone fra schermi di fosforo e telecamere XUV della Greateyes GMBH, queste ultime sono risultate molto migliori in termini di sensibilità e risoluzione spettrale. Un ringraziamento speciale al Dr. Davide Bleiner, EMPA.
