Caratterizzazione Strutturale e di Superficie - [Tecniche ottiche]

Catodoluminescenza (CL)

   CONTACT: Francesca Rossi (francesca.rossi@imem.cnr.it, tel +39 0521 269221)

La catodoluminescenza è una tecnica basata sulla raccolta, l'analisi spettrale e la mappatura spaziale della radiazione ottica emessa da materiali solidi in seguito all'interazione con il fascio elettronico di un SEM. Le analisi possono prevedere la variazione dei parametri del fascio elettronico - i.e. tensione di accelerazione, corrente di fascio, spot mode o raster a diverse velocità - e della temperatura del campione, e sono possibili acquisizioni in tempo a lunghezza d'onda fissata, per studiare in particolare effetti di irraggiamento. I ricercatori IMEM hanno una consolidata esperienza nell'applicazione di questa metodologia per lo studio di materiali e dispositivi (LEDs, lasers, HEMTs, celle solari) a semiconduttore ed ossidi, anche in forma di nanostrutture. E' inoltre possibile, nella camera del SEM, applicare una tensione o una corrente elettrica al campione, operando quindi in modalità di elettroluminescenza.

X-Ray Excited Optical Luminescence (XEOL)

   CONTACT: Marco Nardi (marcovittorio.nardi@imem.cnr.it, tel +39 0461 314849)

La luminescenza ottica eccitata da raggi X è una tecnica photon in - photon out in cui un fascio di raggi X (photon in) che colpisce un sistema induce un processo di emissione di fotone ottico (photon out). L'energia dei raggi X assorbita dal sistema genera spesso processi a cascata in più fasi, tra cui la generazione di elettroni secondari, l'eccitazione intragap e altri processi fisici come la fotoemissione e l'assorbimento che coinvolgono livelli di nucleo profondo. La tecnica XEOL in combinazione con XANES / NEXAFS viene spesso utilizzata per rivelare la struttura elettronica e le proprietà ottiche di un sistema con elevata specificità del sito.

L'analisi XEOL può essere eseguita anche nel dominio del tempo se viene utilizzata una sorgente di raggi X pulsata (tipicamente radiazione di sincrotrone). La struttura temporale intrinseca del gruppo di fotoni consente di studiare la dinamica di decadimento di un sistema e di identificare percorsi ottici di multi-diseccitazione. Utilizzando XEOL nel dominio del tempo è possibile studiare i processi di trasferimento di energia tra due sistemi che interagiscono tra loro (ad esempio, sistemi ibridi inorganici-organici). Le XEOL eseguite nel dominio del tempo sono generalmente chiamate luminescenza ottica eccitata a raggi X risolta nel tempo.

I ricercatori dell'IMEM hanno sviluppato una profonda conoscenza dell'uso della tecnica XEOL per studiare sistemi nanostrutturati e complessi assorbitori-emettitori per applicazioni biomediche e bioelettroniche. Un apparato per le misure XEOL che opera in ultra alto vuoto (UHV) è disponibile presso l'unità IMEM di Trento. In stretta collaborazione con i ricercatori che lavorano presso la struttura di sincrotrone ELETTRA a Trieste, i ricercatori IMEM hanno sviluppato una configurazione di misurazione per XEOL che opera in un intervallo di energia da 0,05 a 21 KeV.

Ellissometria

   CONTACT: Tullio Toccoli (tullio.toccoli@imem.cnr.it, tel +39 0461 314827)

L’ellissometria è una tecnica ottica che permette di rivelare la variazione dello stato di polarizzazione di un fascio di luce polarizzata prodotta dall’interazione con un elemento ottico lineare, ad esempio dalla riflessione ad incidenza non normale da parte di una superficie riflettente. Questo permette di caratterizzare un film sottile fornendone i valori dell’indice di rifrazione n, del coefficiente di estinzione k e di spessore t. Il fatto che si misuri solo la variazione dello stato di polarizzazione tra onda incidente e riflessa rende la misura indipendente dalla intensità I del fascio (e quindi da eventuali fluttuazioni-variazioni di I) permettendo una misura altamente precisa.

I vantaggi dell’ellissometria sono:
-    È una tecnica non distruttiva
-    Non necessita di particolari preparazioni dei campioni (adatta a misure in situ)
-    Veloce nel misurare e facile da usare
-    Non è necessaria una misura di riferimento
-    Diretta e accurata determinazione delle costanti ottiche n e k

Utilizzo presso IMEM: determinazione del processo di crescita e delle proprietà ottiche di materiali organici (i.e. pentacene, ftalocianine, SAM, misti picene/pentacene) e semiconduttori inorganici (TiO₂, ZnO, MoS₂).