Abstract
De GTD ontwerpt en vervaardigt experimentele apparaten en instrumenten ten behoeve
van het wetenschappelijk onderzoek van de TU/e. De ontwerpen van deze apparatuur
komen tot stand door een gezamenlijke inspanning van wetenschappelijk medewerkers,
ontwerpers en uitvoerende technici, die gericht is op het vinden van functionele
oplossingen. De gevolgde strategie is die van overleg, waarbij betrokkenen een zelfde
technische taal spreken. Deze taal is gebaseerd op kennis en inzicht van gemeenschappelijk
begrepen en aanvaarde ontwerpprincipes. In belangrijke mate komt dit neer op het definiëren
van ontwerpcriteria op basis van belemmeringen en vrijheidsgraden: het kinematisch
en statisch bepaald construeren.
Door deze principes toe te passen, kunnen perfecte oplossingen voor nagenoeg alle
ontwerpvraagstukken worden gevonden. Dit geldt zowel voor de algemene werktuigbouw
als voor de precisietechnologie.
Ten opzichte van de gebruikelijke overbepaalde constructies, zijn kinematisch en statisch
bepaalde constructies nauwkeuriger en beter te dimensioneren en desondanks goedkoper
doordat minder machinale bewerkingen nodig zijn voor de fabricage van onderdelen.
De GTD past deze ontwerpprincipes reeds 30 jaren toe en een selectie van daarmee
gerealiseerde instrumenten wordt genoemd. Een drietal experimentele instrumenten ten
behoeve van de analyse van oppervlakken en materialen, waarvoor ik verantwoordelijk
was voor de constructie, wordt uitvoerig behandeld om te illustreren dat aan unieke
specificaties kan worden voldaan door het toepassen van deze principes:
• De dubbel toroïdale (LEIS) analysatoren.
Hierbij worden edelgas ionen met een bekende en lage energie (0,1 - 10 keV) op een te
onderzoeken oppervlak geschoten. De energieniveaus van de teruggestrooide ionen
geven informatie over de samenstelling van het beschoten oppervlak; de richting van
de teruggestrooide ionen geeft informatie over de structuur van het oppervlak.
De energieniveaus worden bepaald met behulp van een uiterst nauwkeurig
elektrostatisch (dubbel toroïdaal) lenzenstelsel, waar hoge elektrische potentiaalverschillen
tussen de verschillende systeemdelen worden aangebracht.
Ionenverstrooiing aan sterk reactieve materialen is alleen in ultra hoog vacuüm (UHV)
mogelijk, reden waarom strenge eisen worden gesteld aan de materiaalkeuze en de
temperatuurbestendigheid van de constructie.
117
De constructieve eisen zijn deels tegenstrijdig en tevens complex door het grote aantal
geometrische, elektrische, magnetische en vacuümtechnische eisen.
De (succesvolle) analysatoren hebben een gevoeligheid die een factor 1000 beter is dan
die van vergelijkbare elektrostatische ionenverstrooiers. Hierdoor zijn nieuwe ideeën
op het gebied van onderzoek naar katalyse, polymeren en keramiek ontstaan.
• De hoge energie (HEIS) channeling opstelling.
Channeling is een proces dat kan plaatsvinden wanneer ionen door een kristal bewegen
in een richting die nagenoeg parallel is aan een hoofdrichting of een vlak van dit
kristal.
Naarmate de energie van de ionen(bundel) groter is, wordt de hoekafwijking, tussen de
bewegingsrichting van de ionen en de hoofdrichting van het kristal waaronder
channeling nog plaatsvindt, kleiner: naarmate de energie van de ionenbundel groter
wordt, kunnen de hoofdrichtingen en roostervlakken nauwkeuriger bepaald worden.
Op de TU/e wordt de hoog energetische ionenbundel (3 - 30 MeV) van het Cyclotron
in combinatie met een 6 graden van vrijheid channeling goniometer gebruikt om
metingen aan kristallen te verrichten.
Deze goniometer met de bijbehorende detectoren is geplaatst in een vacuümvat waarop
het ionenbundel geleidingssysteem van het Cyclotron is aangesloten.
Er worden hoge eisen gesteld aan deze goniometer. De belangrijkste is het grote
instelbereik over drie assen met een nauwkeurigheid <0,001º.
De geometrie van de goniometer is zodanig dat ook metingen in transmissie (de bundel
gaat door het monster heen) mogelijk zijn.
Om aan reactieve monsters te meten, moet het vacuüm in het vat beter zijn dan 10-8
mbar. Uitstookbaarheid van het in vacuüm gedeelte van de goniometer en van het
detectormechanisme is dan een voorwaarde.
De channeling meetopstelling voldoet ruimschoots aan de gestelde eisen. Dit wordt
o.m. bewezen door de succesvolle metingen aan halfgeleider kristallen zoals beschreven
in de daaraan gerelateerde publicaties.
• Het vacuüm transportsysteem.
Er zijn veel technieken nodig om materialen te kunnen karakteriseren. Niet alleen is de
verscheidenheid van te onderzoeken materialen groot, maar ook zijn veel verschillende
materiaaleigenschappen van belang en daarom moeten veel verschillende metingen
worden verricht. Iedere meettechniek heeft zijn specifieke werkgebied. Eén materiaal
wordt daarom met verschillende meettechnieken onderzocht. Normaliter heeft iedere
meettechniek een specifieke materiaal- monsterhouder.
118
Het combineren van meerdere meettechnieken in één systeem heeft (te) veel nadelen.
Stand-alone meetsystemen hebben de voorkeur. Indien transport van monsters tussen
de verschillende meetsystemen nodig is, wordt het blootstellen aan de atmosfeer een
nadeel. Dit nadeel wordt verholpen met het vacuüm transportsysteem, waarmee
monsters onder vacuümcondities worden verplaatst. Dit systeem moet dan wel
technisch/fysisch verantwoord, efficiënt en gemakkelijk te bedienen zijn.
Er is een universele monsterhouder, een vacuümtransport koffer en een transfer
mechanisme ontwikkeld. Deze monsterhouder wordt in een twintigtal meettechnieken
en behandelkamers toegepast, waaronder de LEIS analysatoren en de HEIS channeling
opstelling. Deze installaties zijn ingericht voor het gebruik van die ene en dezelfde
statisch bepaalde monsterhouder.
Deze monsterhouders worden voor bijzondere toepassingen eventueel van speciaal
materiaal vervaardigd (flitstemperaturen tot 2500º C zijn toegepast).
Dit unieke vacuüm transportsysteem heeft bewezen een belangrijk gereedschap te zijn
voor het onderzoek van de oppervlakte fysica en voor de oppervlakteanalyse aan de
TU/e.
Original language | English |
---|---|
Qualification | Doctor of Philosophy |
Awarding Institution |
|
Supervisors/Advisors |
|
Award date | 28 Jun 2001 |
Place of Publication | Eindhoven |
Publisher | |
Print ISBNs | 90-386-2882-X |
DOIs | |
Publication status | Published - 2001 |