Caratterizzazione di film di tungsteno mediante spettroscopia Brillouin

The aim of this thesis work is the elastic characterization by Brillouin spectroscopy of metallic W films deposited with the advanced technique of PLD (Pulsed Laser Deposition). After the deposition, the samples are annealed at di.erent temperatures. Brillouin spectra are measured by focusing a laser beam on the films and collecting the scattered light. The scattering due to the thermal fluctuation of atoms near the surface of the film and their vibrational component is probed at a specific wave vector. Velocities of acoustic surface waves can be evaluated by the analysis of Brillouin spectra. Christo.ell’s secular equations for each film are then numerically solved and the relation between surface acoustic waves velocities and elastic constants of the film is obtained. Combining these results with SEM (Scanning Electron Microscopy) analysis, that gives information about morpholgy and thickness of film, shown to be amorphous-like, trends of elastic moduli (such as Young modulus, Poisson ratio, shear modulus and bulk modulus) can be estimated and so are the elastic properties of amorphous-like tungsten films and the e.ect of the thermal processes. The study is focused on the elastic characterization of tungsten film, deposited at di.erent gas pressures in order to obtain disordered and full of defects at the nanoscale structures, that can simulate the damage conditions by neutrons field of the first wall materials of a fusion reactor, and then annealed to get information about their hightemperature behaviour.

Questo lavoro di tesi è volto alla caratterizzazione elastica, mediante spettroscopia Brillouin, di film di tungsteno deposti tramite la tecnica PLD(Pulsed Laser Deposition). Dopo la deposizione, tali campioni vengono sottoposti a processi di annealing a temperatura crescente. Lo spettro Brillouin viene misurato andando ad illuminare i film con un laser e successivamente raccogliendo la luce di.usa; lo scattering è dovuto all’agitazione termica degli atomi superficiali e il laser ne sonda la componente vibrazionale ad un determinato vettore d’onda. Grazie all’analisi degli spettri dei vari campioni, è possibile misurare la velocità dei modi acustici propaganti nel materiale. Con l’ausilio di algoritmi computazionali è poi possibile risolvere le equazioni di Christo.el per via numerica, ottenendo così il legame tra velocità dei modi, densità e costanti elastiche dei film. Mediante le analisi SEM (Scanning Electron Microscopy) si ottengono invece informazioni sulla morfologia dei campioni studiati, che risultano essere quasi-amorfi, e sul loro spessore. Dai risultati combinati degli algoritmi di calcolo e delle scansioni al microscopio elettronico è stato possibile stimare l’andamento dei moduli elastici (Young, Poisson, taglio e Bulk) dei film al variare della temperatura di annealing, in modo da avere una valutazione delle proprietà elastiche dei film di tungsteno e dell’e.etto dei processi termici a cui sono sottoposti i campioni. Lo studio è incentrato sulla caratterizzazione di campioni di tungsteno deposti a diverse pressioni di gas, in modo da ottenere una struttura disordinata e ricca di difetti a livello nanometrico che simula le condizioni di danneggiamento per via del bombardamento neutronico a cui sono soggetti i materiali di prima parete nei reattori a fusione nucleare, e in seguito sottoposti a processi termici di annealing al fine di valutarne il comportamento in temperatura.