Instrumentation for time-of-flight elastic recoil detection analysis
Time-of-flight elastic recoil detection is an ion beam based method to analyze the
elemental composition of thin film samples at different depths.
In order to improve the mass resolution and to enable kinematic correction a position sensitive gas ionization chamber energy detector was constructed. This
detector along with pre-existing timing detectors were connected to a modern
fully digitizing data acquisition setup.
This thesis describes the design of these instruments, including all aspects from
the mechanical design of the gas ionization detector to the algorithm and software development of the digitizing acquisition setup. The performance of the
system has been studied with measurements and Monte Carlo simulations. New
methods to study the data acquisition and instrumentation related effects are introduced and these methods are extended to study a proposed low energy time-
of-flight ERDA instrument design. Lentoaika-ERDA on ionisuihkupohjainen materiaalianalyysimenetelmä, jonka avulla voidaan ohutkalvonäytteen alkuainepitoisuuksia määrittää eri syvyyksiltä pinnan läheltä. Menetelmällä voidaan määrittää samanaikaisesti kevyiden alkuaineiden, ml. vedyn, ja raskaampien aineiden pitoisuuksia.
Menetelmän massaerotuskyvyn parantamiseksi ja kinemaattisen korjauksen mahdollistamiseksi tässä työssä rakennettiin paikkaherkkä kaasun ionisaatioon perustuva energiailmaisin lentoaika-ERDA-laitteiston osaksi. Tämä ilmaisin ja aiemmin rakennetut lentoaikaportit kytkettiin moderniin täysin digitoivaan datankeruuseen.
Tässä väitöskirjassa kuvataan näiden laitteiden suunnitteluun vaikuttavia asioita,
kaasuionisaatiokammion mekaanisesta suunnittelusta datankeruujärjestelmän algoritmi- ja ohjelmistokehitykseen. Kehitetyn laitteiston suorituskykyä tutkittiin
mittausten ja Monte Carlo -tietokonesimulaatiomenetelmien avulla. Väitöskirjassa esitetään uusia menetelmiä datankeruujärjestelmään ja ilmaisimiin liittyvien
ilmiöiden mallintamiseksi ja näitä menetelmiä käytetään uuden laitteistokonseptin suunnittelussa.
...
Publisher
University of JyväskyläISBN
978-951-39-6704-8ISSN Search the Publication Forum
0075-465XKeywords
Metadata
Show full item recordCollections
- Väitöskirjat [3582]
License
Related items
Showing items with similar title or keywords.
-
Improvement of time-of-flight spectrometer for elastic recoil detection analysis
Laitinen Mikko (University of Jyväskylä, 2013) -
Elastic recoil and scattering yields measured in low energy heavy ion ERD
Kivekäs, Mikko; Mizohata, Kenichiro; Julin, Jaakko; Kainlauri, Markku; Prunnila, Mika; Keränen, Laura; Putkonen, Matti; Korkiamäki, Tatu; Laitinen, Mikko (Elsevier, 2024)Experimental yields of low energy recoils and scattered beams in ToF-ERD have been measured and compared against theory. A significant discrepancy between Rutherford or Andersen cross-section predicted yield vs the ... -
Digitizing data acquisition and time-of-flight pulse processing for ToF-ERDA
Julin, Jaakko; Sajavaara, Timo (Elsevier BV, 2016)A versatile system to capture and analyze signals from multi channel plate (MCP) based time-of-flight detectors and ionization based energy detectors such as silicon diodes and gas ionization chambers (GIC) is introduced. ... -
A time-of-flight correction procedure for fast-timing data of recoils with varying implantation positions at a spectrometer focal plane
Mallaburn, M.J.; Singh, B.S. Nara; Cullen, D. M.; Hodge, D.; Taylor, M.J.; Giles, M.M.; Barber, L.; Niţă, C.R.; Mihai, R.E.; Mihai, C.; Mărginean, R.; Mărginean, N.; Nobs, C.R.; Gamba, E.R.; Bruce, A.M.; Scholey, Catherine; Rahkila, Panu; Greenlees, Paul; Badran, Hussam; Grahn, Tuomas; Neuvonen, O.; Auranen, Kalle; Bisso, F.; Cox, Daniel; Herzan, Andrej; Julin, Rauno; Konki, Joonas; Lightfoot, A.K.; Pakarinen, Janne; Papadakis, P.; Partanen, Jari; Sandzelius, Mikael; Sarén, Jan; Sorri, Juha; Stolze, Sanna; Uusitalo, Juha; Regan, P.H.; Podolyák, Zs.; Lalkovski, S.; Smith, J.F.; Smolen, M. (Elsevier; North-Holland, 2019)Fast-timing measurements at the focal plane of a separator can suffer from poor timing resolution. This is due to the variations in time-of-flight (ToF) for photons travelling to a given detector, which arise from the ... -
Time-of-flight - Energy spectrometer for elemental depth profiling - Jyväskylä design
Laitinen, Mikko; Rossi, Mikko; Julin, Jaakko; Sajavaara, Timo (Elsevier BV, 2014)A new time-of-flight elastic recoil detection spectrometer has been built, and initially the main effort was focused in getting good timing resolution and high detection efficiency for light elements. With the ready system, ...