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DANTE

Attività

 Il progetto DANTE (Developments in Analytical Nuclear TEchniques) è mirato allo sviluppo di tecniche  nucleari di analisi dei materiali.

Al progetto, coordinato a livello nazionale dal Prof. P.A. Mandò, afferiscono le sezioni INFN di Firenze, di Milano-Politecnico (resp. C. Guazzoni), di Torino (E. Vittone).ed i Laboratori Nazionali del Sud (resp. G. Pappalardo), La sezione di Torino contribuisce al progetto attraverso il trasferimento presso i laboratori LABEC di Firenze delle competenze acquisite in alcune tecniche di micro-spettroscopiche basate su fasci ionici di energia dell’ordine del MeV.

In particolare, si propone di contribuire significativamente allo sviluppo presso il LABEC le tecniche di ionoluminescenza (IL) e di raccolta di carica (Ion Beam Induced Charge Collection – IBIC), già sviluppate presso la linea di micro fascio dei laboratori nazionali di Legnaro (LNL).

La motivazione di tale attività risiede:
  1. nella opportunità di sviluppare la tecnica di ionoluminescenza (i.e. la misura spettroscopica della luce visibile emessa per eccitazione da ioni di energia dell’ordine del MeV) per la caratterizzazione di materiali avanzati semiconduttori/isolanti e per oggetti di interesse artistico o storico. In particolare quest’ultimo settore risulta essere perfettamente in linea con la principale missione del LABEC (Laboratorio di Tecniche Nucleari per i Beni Culturali). Essa infatti arricchisce le potenzialità analitiche del laboratorio per le analisi da fascio estratto di beni culturali con una tecnica non distruttiva e complementare alle tecniche di analisi elementare (RBS e PIXE) già disponibili presso la linea di micro fascio.
  2. Nella possibilità di usufruire delle facilities del LABEC per lo sviluppo della tecnica IBIC in aria per la caratterizzazione funzionale di dispositivi a semiconduttore.  La tecnica IBIC, ampiamente sviluppata in linee di micro fascio tradizionali in vuoto, consiste nella misura della carica indotta dal moto di portatori generati nel semiconduttore da ioni di energia dell’ordine del MeV. La registrazione dell’impulso sincrona con la scansione del fascio ionico focalizzato, permette la registrazione di mappe di efficienza di raccolta con risoluzione dell’ordine del micrometro. Lo sviluppo di tale tecnica  presso la linea di micro fascio del LABEC  è mirato a valutare i vantaggi derivanti dall’uso di un fascio estratto per la caratterizzazione di dispositivi ingombranti, non inseribili in una camera a vuoto (e.g. pannelli solari) materiali non vuoto-compatibili (i.e. polimeri semiconduttori o Dye Sensitive Solar Cells) o per monitorare le proprietà elettroniche di dispositivi ad alta reattività ambientale.

 

Attività di ricerca: 

IONOLUMINESCENZA

Un nuovo apparato di ionoluminescenza è stato recentemente installato presso la linea di microfascio dell'acceleratore Tandetron del laboratorio INFN-LABEC di Firenze ed integrato nell'esistente set-up per l'analisi da fasci ionici (IBA) focalizzati.

Caratteristiche del sistema di ionoluminescenza:

Acquisizione cromatica dello spettro di luminescenza attraverso uno spettrometro a CCD accoppiato con fibra ottica ad una lente collimatrice posta a 10 cm dal campione e a 120° rispetto alla direzione del fascio.

Intervallo spettrale: 200-900 nm; risoluzione spettrale: 2 nm.

Simultanea acquisizione pancromatica o monocromatica di mappe di luminescenza attraverso una derivazione in fibra ottica della luce raccolta che viene inviata ad un fotomoltiplicatore eventualmente accoppiato ad un sistema di filtri interferenziali.

Estensione dell’area utile di acquisizione delle mappe di luminescenza: 200 x 400 μm2

Attività

  • analisi PIXE-IL di oggetti d'arte
    Analisi di campioni di lapis lazuli di origine diversa (afgana, cilena, siberiana) e preziosi oggetti con lapis lazuli della Collezione Medicea della sezione di mineralogia e litografia del museo di Storia naturale dell'Università di Firenze.

  • Analisi IL di materiali semiconduttori
    acquisizione di spettri IL di diamante drogato N e loro confronto con spettri di catodoluminescenza per la valutazione della sensibilità relativa della sensibilità e per la misura del danneggiamento indotto da radiazione.

Presentazioni di poster

Pubblicazioni

  • E. Colombo, S. Calusi, R. Cossio, L. Giuntini, A. Lo Giudice, P. A. Mandò, C. Manfredotti, M. Massi, F.A. Mirto, E. Vittone,Recent developments of ion beam induced luminescence at the external scanning microbeam facility of the LABEC Laboratory in Florence,to be published in Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B.
  • S. Calusi, E. Colombo, L. Giuntini, A. Lo Giudice, P.A. Mandò, C. Manfredotti, M. Massi, G. Pratesi, E. Vittone, The new ionoluminescence apparatus at the LABEC external microbeam facility", to be published in Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B.

Ion Beam Induced Charge Collection (IBIC)

L'attività di caratterizzazione IBIC si svolge principalmente press il LABEC e quindi presso i Laboratori Nazionali di Legnaro e presso il Ruder Boskovic Institute di Zagabria (HR).

Presso il LABEC sono stati effettuati i primi esperimenti di acquisizione di mappe di efficienza di raccolta di carica da fascio estratto su rivelatori di 4H-SiC e su celle solari a film sottile di CdTe/CdS.

Quale primo esempio di analisi IBIC per la caratterizzazione funzionale di dispositivi a semiconduttori, si riporta di seguito la mappatura di una matrice a 4 quadranti di 400 μm di lato di diodi Schottky di 4H-SiC è stata analizzata con la tecnica IBIC utilizzando un microfascio di protoni di energia 3 MeV focalizzato (spot size di circa 10 μm) il estratto in aria o in atmosfera di elio.

La mappa risultante evidenzia la presenza di una imperfezione non visibile all'osservazione ottica in quanto localizzata sotto gli elettrodi.

 L'attività di caratterizzazione IBIC svolta presso i Laboratori Nazionali di Legnaro e presso il Ruder Boskovic Institute di Zagabria (HR) è documentata dalle pubblicazioni reperibili nel sito del gruppo.

 

Maggiori Informazioni
Contatti
Nome del responsabile: 

Ettore Vittone

vittone@to.infn.it