Znanost o materijalima jedna je od najbrže rastućih znanstvenih disciplina u svijetu, što dijelom proizlazi iz činjenice da je za komercijalnu primjenu rezultata u tom području istraživanja potrebno relativno kratko vrijeme. Inovacije u materijalima mogu biti korištene u svim tehnologijskim sektorima i granama industrije. Štoviše, velik broj svih inovacija izravno ili neizravno ovisi o svojstvima materijala koji se koriste i imaju ogroman potencijal u smanjivanju zagađenja okoliša, uštedi energije, očuvanju prirodnih resursa i općenito poboljšanju kvalitete života.
Nedavni razvoj novih i naprednih materijala zahtijeva i paralelni razvoj analitičkih metoda koje mogu pružiti uvid u strukturu i sastav na nivou od nekoliko desetaka nanometara, što je važno i za njihovu proizvodnju i za njihovo funkcioniranje.
U znanstvenom radu objavljenom u časopisu Scientific Reports, izdavača Nature Publishing Group, eksperimentalni fizičari s Instituta Ruđer Bošković (IRB) dr. sc. Zdravko Siketić, dr. sc. Iva Bogdanović Radović, Ivan Sudić i akademik Milko Jakšić predstavili su novu metodu za kvantitativno dubinsko profiliranje materijala, koja se temelji na kombinaciji već dobro poznate tehnike TOF-ERDA i rasprašivanja pomoću iona argona energija nekoliko keV-a.
Funkcionalnost poluvodičkih elementa, raznih senzora, bio-materijala, medija za pohranu podataka, tankih filmovi, raznih otpornih presvlaka, temelji se na ultratankim višeslojnim filmovima koji su najčešće tanji i od 30 nm. Najčešće korištene tehnike za analizu površine i područja između slojeva tankih filmova su Secondary ion mass spectrometry (SIMS), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) i Auger-electron spectroscopy (AES). Jedna od obećavajućih metoda za analizu tankih filmova je i Time-of-flight elastic recoil detection analysis (TOF-ERDA) koja se bazira na interakciji ionskih snopova i materijala.
Najčešće korišteni ioni u TOF-ERDA analizi su brom (Br), jod (I) i zlato (Au) (teški elementi), koji služe kao projektili za izbijanje elemenata iz analiziranog uzorka. Izbijenim atomima iz uzorka mjeri se energija i brzina, te se na temelju detektiranog broja, u TOF-ERDA spektrometru, određuje njihov koncentracijski profil u uzroku. Prednost ove metode je ta što je ona u potpunosti kvantitativna te se u samo jednom mjerenju mogu odrediti dubinski profili svih elemenata prisutnih u uzorku (uključujući i vodik). TOF-ERDA spektrometrija ima odličnu površinsku razlučivost, od svega 2 nm na površini, no problem je što se ona brzo kvari s analiziranom dubinom uzorka. Da bi se taj problem riješio, predloženo je da se TOF-ERDA koristi samo za analizu sastava na površini, a u isto se vrijeme pomoću iona argona (Ar), skida (ljušti) dio po dio uzorka koji tako dolazi na površinu na kojoj se radi TOF-ERDA analiza. Na taj način je svaka točka u dubini uzorka analizirana s najboljom mogućom dubinskom razlučivošću od 2 nm.
Princip rada metode je dokazan na tankom filmu bakra, debljine svega ~15nm, koji je naparen na podlogu silicija. Dubinski profili svih elemenata u filmu izmjereni su s preciznošću od 2 nm kroz cijelu dubinu.
Primarni cilj Centra izvrsnosti za napredne materijale i senzore (CEMS), u sklopu kojeg je ovaj rad i realiziran, jest sinteza naprednih materijala i struktura, posebno onih koji se mogu primijeniti i u drugim područjima temeljne i primijenjene znanosti, s ciljem stvaranja podloga za inovacije i transfer tehnologija te jačanje kapaciteta centra u instrumentaciji i ljudskim potencijalima.
Centar ujedinjuje napore i stručnost istraživača Instituta Ruđer Bošković i Instituta za fiziku te promiče interdisciplinarna istraživanja u području naprednih materijala i senzora kroz četiri ključne istraživačke jedinice: fotoniku i kvantnu optiku, grafen i srodne dvodimenzionalne strukture, nove funkcionalne materijale te fiziku i tehnologiju ionskih snopova.
