Main page

Laser ion source will produce a new generation of semiconductors

For ion implantation, that is ‘hammering’ ions into the surface layer of the material, conventional ion accelerators are commonly used. Laser ion sources are much simpler, cheaper and more universal. However, they emit wide energy ions usually accompanied by some admixtures. In the Institute of Plasma Physics and Laser Microfusion in Warsaw a unique laser ion source has been built which is equipped with a special system for accelerating ions to a chosen energy and for eliminating admixtures. This device has already been used to produce samples of a new generation of semiconductors: a layer of silica (SiO2) in which germanium nanocrystals have been formed.

In the photo Prof. Jerzy Wołowski from IPPLM near the new laser ion source.Laser Ion Sources (LIS) are simple devices that produce ions in interaction of a focused laser beam with the target placed in a vacuum vessel. Admixtures that happen to be in the target often cause problems – together with the proper ions, they can modify the sample. Moreover, the laser pulse also pulls out atoms and debris from the target which are deposited on the irradiated sample and modify its surface. “To prevent such effects, we have designed and built a device for ion implantation with a unique electric system for ion acceleration”, says Marcin Rosiński, a PhD student from the Institute of Plasma Physics and Laser Microfusion (IPPLM) in Warsaw.

 

Ion implementation is the process of embedding ions into the surface layer of the sample in order to change some properties of the material, mechanical or electrical. Currently, ion accelerators are routinely used for this purpose. Laser ion sources have a chance to excel those devices: they are smaller, simpler and can produce ions from high-melting materials such as tantalum or tungsten. What is more, the ion beam can easily be modified by the change of parameters and the geometry of the laser-target–sample system. The released ions can well be accelerated in the external electric field.

However, to be able to use the LIS type sources in industry, some requirements must be fulfilled: the beam of ions cannot possess impurities and the ions should have almost the same specific energy. To meet both requirements the laser ion source with special electrostatic system must be applied.

In the device built at the IPPLM the low-energy laser pulse lasts 3.5 nanoseconds. The laser pulse energy, in the first phase of laser-matter interaction, is transferred to free electrons which subsequently ionise atoms of target material and admixtures. The main part of the laser pulse energy directly heats ionised matter (plasma) causing its quick expansion. A broad energy distribution of the ions expanding from plasma results from the nature of the process of plasma generation. 

Some particles and debris extracted from the target by the laser pulse are electrically neutral, which is why they expand without deflection in the electric field and go straight onto the screen that is placed exactly on the axis of the system, to shield the sample. At the same time, laser-produced ions which avoid the screen are accelerated and focused by the electric field on the sample located on the axis behind the screen. “We have selected the parameters of the field in such a way that only the chosen ions of the target reach the sample. The spot of the focused beam is 1 mm in diameter”, explains Rosiński.

The low-energy laser used in the experiment does not heat itself and is capable of generating 10 thousand or more laser pulses within some ten minutes. Those advantages make it possible for scientists to control precisely the number of ions that reach the sample.

The solution proposed by the scientists from the IPPLM has successfully been used to explore the process of germanium ion implantation in silica (SiO2) layer with a view to fabricate germanium nanocrystals within it. Thus, a modified semiconductor has been created whose prospective implementation in electronics is widely anticipated, for example in miniaturisation of some memory chips or in elements for light emission.

Simulation of the trajectory of ions in laser ion source.To obtain germanium nanocrystals from the laser-produced ions, the implanted sample should be heated in the temperature of 600 to 1200 Celsius degrees. In this process some germanium crystals, ranging in size from a few to 20 nanometres (billionth of a metre) are created. “Our implanted samples, after heating, are examined with the use of various sophisticated, currently available measuring methods in the specialised laboratories, mainly at the Universities in Messina and Catania in Sicily. We have analysed both the results of ion implantation and the formation of  nanocrystal structures in the samples”, says Rosiński.

Laser ion source built and tested at the IPPLM is a prototype device expected to find applications in industry. “In two years, we will have finished the work connected with optimization of our device regarding industrial usage but we have already started looking for enterprises that are interested in implementing this technology”, summarises Prof. Jerzy Wołowski, the Head of Laser Plasma Division at the IPPLM.

The construction of the device for laser induced implantation was started at the IPPLM a few years ago within the framework of European SEMINANO project. Nowadays, the Ministry of Science and Higher Education is the main source of financial support for this kind of research.

CONTACTS:

Prof. Jerzy Wołowski
Institute of Plasma Physics and Laser Microfusion in Warsaw.
tel. +48 22 6381030
email: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

PhD Student Marcin Rosiński
Institute of Plasma Physics and Laser Microfusion in Warsaw.
tel. +48 22 6381032
e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

 

Local News

  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5
Prev Next

I Posiedzenie Rady Zarządzającej Centrum Nowe Technologie Energetyczne

02-07-2014

I Posiedzenie Rady Zarządzającej Centrum Nowe Technologie Energetyczne

W dniu 26 czerwca 2014 w Instytucie Fizyki Plazmy i Laserowej Mikrosyntezy w Warszawie odbyło się I posiedzenie Rady Zarządzającej Centrum Nowe Technologie Energetyczne (CeNTE), podczas którego powołano przewodniczącego Rady...

Read more

Letnia Szkoła Kudowa 2014

01-07-2014

Letnia Szkoła Kudowa 2014

Tegoroczna edycja Szkoły Letniej Kudowa “Towards Fusion Energy” przypadła na okres 9-13 czerwca i odbyła się tradycyjnie w Kudowie Zdroju. Organizatorami wydarzenia był Instytut Fizyki Plazmy i Laserowej Mikrosyntezy, Międzynarodowe...

Read more

Workshop ADAS w Warszawie, 29-30 września 2014

30-06-2014

Workshop ADAS w Warszawie, 29-30 września 2014

Workshop ADAS 2014 odbędzie się w Warszawie w terminie 29 – 30 września 2014. Workshop organizowany jest przez Narodowe Centrum Badań Jądrowych i Instytut Fizyki Plazmy i Laserowej Mikrosyntezy. Workshop ADAS...

Read more

Nieodparty urok mocy atomu

16-06-2014

Nieodparty urok mocy atomu

O tym, jak się wybić na niezależność 
w energetyce prof. Jacek Jagielski opowiada Krzysztofowi Urbańskiemu. Fizycy pasjonują się swoimi „zabawkami" jak dzieci. Miałem szansę obserwować to przy okazji inauguracji stellaratora Wendelstein...

Read more

Centrum Nowe Technologie Energetyczne - spotkanie i dyskusja w IFPiLM

17-04-2014

Centrum Nowe Technologie Energetyczne - spotkanie i dyskusja w IFPiLM

16 kwietnia 2014 w Instytucie Fizyki Plazmy i Laserowej Mikrosyntezy odbyło się spotkanie robocze poświęcone uzgodnieniu tekstu Umowy o ustanowieniu centrum naukowo-przemysłowego pod nazwą Nowe Technologie Energetyczne. Instytut gościł przedstawicieli...

Read more

Pół świata w tym Polska pomaga w budowie sztucznego słońca we Francji

14-04-2014

Pół świata w tym Polska pomaga w budowie sztucznego słońca we Francji

Projekt ITER, w ramach którego na południu Francji powstanie reaktor termojądrowy, będzie najdroższym na świecie - zaraz po Międzynarodowej Stacji Kosmicznej - projektem badawczym. Mają w nim pewien udział również...

Read more

Dr hab. Jerzy Wołowski, profesor IFPiLM, został profesorem tytularnym

09-04-2014

Dr hab. Jerzy Wołowski, profesor IFPiLM, został profesorem tytularnym

Prof. IFPiLM dr. hab. Jerzy Wołowski otrzymał tytuł profesora nauk fizycznych. Postanowienie w tej sprawie podpisał Prezydent RP Bronisław Komorowski.  Uroczystość nadania tego tytułu przez Prezydenta RP, odbędzie się w dniu 11...

Read more

Prof. IFPiLM dr hab. Tadeusz Pisarczyk otrzymał tytuł profesora, nadany przez Prezydenta RP

06-03-2014

Prof. IFPiLM dr hab. Tadeusz Pisarczyk otrzymał tytuł profesora, nadany przez Prezydenta RP

Prezydent RP Bronisław Komorowski decyzją z dnia 19 lutego br. nadał tytuł profesora nauk fizycznych prof. IFPiLM dr. hab. Tadeuszowi Pisarczykowi.Serdecznie gratulując, życzymy Panu Profesorowi dalszych sukcesów naukowych. Potwierdzenie nadania tytułu...

Read more

Wizyta Prof. Ryszarda Romaniuka w Instytucie Fizyki Plazmy i Laserowej Mikrosyntezy

05-03-2014

Wizyta Prof. Ryszarda Romaniuka w Instytucie Fizyki Plazmy i Laserowej Mikrosyntezy

Trzeciego marca 2014 r. Instytut Fizyki Plazmy i Laserowej Mikrosyntezy gościł profesora Ryszarda Romaniuka, dyrektora Instytutu Systemów Elektronicznych Wydziału Elektroniki i Technik Informacyjnych PW, oraz towarzyszące mu osoby: prof. Grzegorza...

Read more

Prototyp pierwszego polskiego silnika plazmowego do sond kosmicznych już działa.

23-12-2013

Prototyp pierwszego polskiego silnika plazmowego do sond kosmicznych już działa.

Prototyp pierwszego polskiego silnika plazmowego do sond kosmicznych został z sukcesem przetestowany w warunkach zbliżonych do tych panujących w przestrzeni kosmicznej w laboratorium Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA - ESTEC) w...

Read more

Projekt "VI edycja TEKLA PLUS - Stolica staży"

09-12-2013

Projekt "VI edycja TEKLA PLUS - Stolica staży"

Staże w jednostkach naukowych i w przedsiębiorstwach finansowane w 100% ze środków UE Projekt "VI edycja TEKLA PLUS - Stolica staży" Consulting Plus Sp. z o. o. w partnerstwie z m.st. Warszawa...

Read more

Wrocławska firma wygrała globalny przetarg. Pomoże w budowie reaktora

17-10-2013

Wrocławska firma wygrała globalny przetarg. Pomoże w budowie reaktora

Firma SMT Software została zwycięzcą unijnego przetargu na obsługę informatyczną organizacjiFusion for Energy, zajmującej się budową eksperymentalnego reaktora termojądrowego. Do konkursu zgłosiło się kilkadziesiąt spółek z całej Europy. - Ten przetarg...

Read more

37 urodziny IFPiLM

04-10-2013

37 urodziny IFPiLM

To już 37 lat badań prowadzonych w IFPiLM między innymi dla przyszłej energetyki. Była to kolejna okazja do spotkania, do wspomnień, gratulacji sukcesów i wyrażenia nadziei na przyszłość równie dobrą,...

Read more

IFPiLM na XII Festiwalu Nauki - krótkie podsumowanie

02-10-2013

IFPiLM na XII Festiwalu Nauki - krótkie podsumowanie

Miło nam poinformować, iż odwiedzający IFPiLM w ramach XVII Festiwalu Nauki nie zawiedli po raz kolejny. Mieliśmy przyjemność gościć grupy w różnym wieku (ok. 70 osób) w ciągu dwóch weekendów,...

Read more

IFPiLM na XVII Festiwalu Nauki w Warszawie

11-09-2013

IFPiLM na XVII Festiwalu Nauki w Warszawie

XVII edycja warszawskiego Festiwalu Nauki odbędzie się w dn. 20-29 września. IFPiLM, podobnie jak w zeszłym roku, dołoży swoją cegiełkę w budowanie świadomości naukowej, rozwijanie wyobraźni i zainteresowania tym, co...

Read more

Sukces Międzynarodowej Konferencji PLASMA-2013 zorganizowanej przez IFPiLM

09-09-2013

Sukces Międzynarodowej Konferencji PLASMA-2013 zorganizowanej przez IFPiLM

Międzynarodowa Konferencja PLASMA-2013 została zorganizowana przez Lokalny Komitet Organizacyjny utworzony w IFPiLM. Współorganizatorem konferencji było Polskie Towarzystwo Fizyczne. Na konferencję PLASMA-2013 zgłosiło się ponad 140 uczestników z różnych krajów. Na...

Read more

Warsztaty artystyczne „Piąty stan skupienia”

03-09-2013

Warsztaty artystyczne „Piąty stan skupienia”

Fundacja Proscenium  z Instytutem Fizyki Plazmy i Laserowej Mikrosyntezy zapraszają do Teatru GO ul. Hery 23 na otwarte warsztaty artystyczne: „Piąty stan skupienia” Nauka inspiruje sztukę, a sztuka inspiruje naukę. Młodzież i dorosłych chcących uczestniczyć...

Read more

PLASMA-2013 - rozpoczęcie konferencji

03-09-2013

PLASMA-2013 - rozpoczęcie konferencji

O godzinie 9:00 w gmachu Centralnej Biblioteki Rolniczej rozpoczęła się konferencja PLAZMA 2013  Badania i zastosowania plazmy w różnych dziedzinach nauki i techniki rozwijane są bardzo intensywnie na całym świecie. Ważnym...

Read more

Moc Słońca uwolnimy na Ziemi

02-09-2013

Moc Słońca uwolnimy na Ziemi

Na południu Francji zbudowano najważniejszy element reaktora, w którym naukowcy odtworzą proces zachodzący we wnętrzu gwiazd. Pierwsza część reaktora termojądrowego ITER w Cadarache niedaleko Marsylii została już zmontowana. Do końca roku...

Read more

CEA-IPPLM Cooperation Agreement

22-07-2013

CEA-IPPLM Cooperation Agreement

On the 17th of July 2013, the management of IPPLM had an honour to welcome the representatives of Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), namely Mr. Gabriele...

Read more

12th Kudowa Summer School "Towards Fusion Energy", June 9-13, 2014

27-06-2013

12th Kudowa Summer School  "Towards Fusion Energy", June 9-13, 2014

The Institute of Plasma Physics and Laser Microfusion (IPPLM, Warsaw, Poland) and the International Centre for Dense Magnetised Plasmas (ICDMP) are organizing the 12th Kudowa Summer School "Towards Fusion Energy", which will be held...

Read more

Participation of Polish scientific institutions in the Wendelstein 7-X project

17-06-2013

Participation of Polish scientific institutions in the Wendelstein 7-X project

Urszula Woźnicka1, Łukasz Ciupiński2, Jacek Jagielski3, Monika Kubkowska4, Marek Stodulski1, Roman Zagórski4 1 The Henryk Niewodniczański Institute of Nuclear Physics Polish Academy of Sciences, Krakow, Poland, (IFJ PAN) 2 Warsaw University...

Read more

Posiedzenie Rady Asocjacji EURATOM-IFPiLM

20-03-2013

Posiedzenie Rady Asocjacji EURATOM-IFPiLM

Dnia 15 mara 2013 roku  w siedzibie Instytutu Fizyki Jądrowej Polskiej Akademii  Nauk w Krakowie odbyło się posiedzenie Rady Asocjacji EURATOM-IFPiLM. Obradom przewodniczył Prof. Marek Rubel. W spotkaniu uczestniczyli przedstawiciele EFDA...

Read more

Uroczyste otwarcie Laboratorium Plazmowych Silników Satelitarnych w IFPiLM

23-01-2013

Uroczyste otwarcie Laboratorium Plazmowych Silników Satelitarnych w IFPiLM

Część oficjalną spotkania rozpoczął dyrektor IFPiLM, prof. Andrzej Gałkowski, który zauważył, iż od lat staramy się sprowadzić Słońce na Ziemię, a  tym razem udało nam się sprowadzić na Ziemię fragment kosmosu o objętości 2m3,...

Read more

Otwarcie Laboratorium Plazmowych Silników Satelitarnych w IFPiLM

15-01-2013

Otwarcie Laboratorium Plazmowych Silników Satelitarnych w IFPiLM

Dnia 22 stycznia br., o godz. 11:00, w Instytucie Fizyki Plazmy i Laserowej Mikrosyntezy (sala teatru GO) w Warszawie rozpocznie się uroczyste otwarcie pierwszego w Polsce i jednego z nielicznych...

Read more

World News

  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5
Prev Next

The ribbon is cut, the road is open

10-10-2014

The ribbon is cut, the road is open

On 9 October 2014 the European Commission officially launched the European Consortium for the Development of Fusion Energy, EUROfusion for short. EUROfusion manages the European fusion research activities on behalf...

Read more

Europe leading the way in fusion energy research

08-10-2014

Europe leading the way in fusion energy research

Nuclear fusion could become the main source of energy in the second half of this century, and Europe is well-positioned to lead the way as long as it manages its...

Read more

European Commission launches EUROfusion

07-10-2014

European Commission launches EUROfusion

On 9 October 2014 the European Commission invites the fusion community into the heart of the European Quarter, the Solvay Library, to officially launch the European Consortium for the Development...

Read more

Sandia magnetized fusion technique produces significant results

24-09-2014

Sandia magnetized fusion technique produces significant results

The experimental work is described in a paper to be published in the Sept. 24 Physical Review Letters online. A theoretical PRL paper to be published on the same date helps explain why the...

Read more

WEGA fusion experiment passed on to the USA

24-09-2014

WEGA fusion experiment passed on to the USA

The small WEGA fusion device at Max Planck Institute of Plasma Physics (IPP) in Greifswald is being handed over to the University of Illinois in Urbana-Champaign. The "Wendelstein-Experiment in Greifswald...

Read more

F4E signs contracts for the Blanket First Wall full-scale prototype

24-09-2014

F4E signs contracts for the Blanket First Wall full-scale prototype

With the semi-prototype of the Blanket First Wall completed earlier this year, F4E is moving full-speed ahead and has just completed the signing of the contracts related to the manufacturing of...

Read more

Iterative processes

22-09-2014

Iterative processes

A big nuclear-fusion project attempts to move from design to construction. HERE is one way to squeeze energy from nuclear fusion: create and contain a roiling soup of ionised hydrogen atoms...

Read more

The 10 million-piece nuclear puzzle

02-09-2014

The 10 million-piece nuclear puzzle

The project to build a demonstration fusion power reactor relies on hundreds of individual suppliers. It is the ITER Organization’s job to coordinate all of their contributions. The seven members of...

Read more

F4E collaborates with IDOM on high tech ITER systems

28-07-2014

F4E collaborates with IDOM on high tech ITER systems

A multimillion contract for engineering integration of many state of the art instruments that will measure the biggest plasma generated by a fusion device has been signed between F4E and IDOM ADA,...

Read more

JET operation secured until 2018

28-07-2014

JET operation secured until 2018

After months of preparation, the European Commission and the Culham Centre for Fusion Energy signed the operation contract for Europe’s largest fusion experiment. Since 2000, JET operation was being carried out...

Read more

See the progress of the ITER Toroidal Field coils!

28-07-2014

See the progress of the ITER Toroidal Field coils!

We traveled to the ASG facilites in La Spezia, Italy, to follow the progress of the TF coils and speak to the key technical people involved in the supervision of...

Read more

Słońce na Ziemi

28-07-2014

Słońce na Ziemi

Synteza termojądrowa – reakcja łączenia jąder atomów najlżejszego pierwiastka, czyli wodoru, w wyniku czego powstają atomy cięższego pierwiastka, czyli helu – jest podstawą istnienia gwiazd, także Słońca. Wielka temperatura panująca w ich...

Read more

Kudowa Summer School 2014

01-07-2014

Kudowa Summer School 2014

This year’s edition of the Kudowa Summer School took place in the period 9-13 June traditionally in Kudowa Zdrój, Poland. The School was organized by the Institute of Plasma Physics...

Read more

Europe signs its final contract for ITER Toroidal Field coils

30-06-2014

Europe signs its final contract for ITER Toroidal Field coils

A landmark multimillion contract has been signed between F4E and SIMIC S.p.A, an Italian company specialised in high-tech engineering and manufacturing, marking the successful completion of Europe’s strategy in the...

Read more

Important progress for JT-60SA

27-06-2014

Important progress for JT-60SA

See the progress of the JT-60SA project – one of the three projects being developed under the Broader Approach Agreement – in this new clip filmed on-site in Naka, Japan. The clip shows that...

Read more

F4E and Assystem to deliver remote handling system for ITER divertor

12-06-2014

F4E and Assystem to deliver remote handling system for ITER divertor

ITER’s high tech remote handling system has entered its most decisive phase so far thanks to a multimillion deal signed between F4E and Assystem, a leader in innovation and engineering consultancy....

Read more

Europe to equip the biggest cryoplant in the world

23-05-2014

Europe to equip the biggest cryoplant in the world

A major technological deal has been reached between Fusion for Energy and Air Liquide, gas technology global leader, in order to equip the world’s biggest cryoplant that will cool down...

Read more

Uroczyste otwarcie laboratorium stellaratora Wendelstein 7-X w Greifswaldzie (Niemcy) Naukowcy z IFPiLM uczestniczyli w przygotowaniu aparatury pomiarowej do tego urządzenia

23-05-2014

Uroczyste otwarcie laboratorium stellaratora Wendelstein 7-X w Greifswaldzie (Niemcy) Naukowcy z IFPiLM uczestniczyli w przygotowaniu aparatury pomiarowej do tego urządzenia

W dniu 20 maja b.r. w Instytucie Fizyki Plazmy (IFP) im. Maxa Plancka w Greifswaldzie (północne Niemcy) otwarto wielkie urządzenie termojądrowe - stellarator Wendelstein W7-X. Polskiej delegacji biorącej udział w...

Read more

Complex fusion reactor takes shape as start date slips

19-05-2014

Complex fusion reactor takes shape as start date slips

Nobody said it was going to be easy. After years of delays, work has finally begun on key components of ITER, the ambitious international project to build a revolutionary nuclear fusion...

Read more

Preparations for operation of Wendelstein 7-X starting

19-05-2014

Preparations for operation of Wendelstein 7-X starting

After years of calculation, planning, component production and installation the Wendelstein 7-X project is now entering a new phase: Max Planck Institute for Plasma Physics (IPP) in Greifswald in May...

Read more

FPA signed for design on system to monitor ITER’s plasma core

19-05-2014

FPA signed for design on system to monitor ITER’s plasma core

A Framework Partnership Agreement (FPA) for the design of the ITER Core Plasma Charge Exchange Recombination Spectroscopy diagnostic system (CP CXRS) has been signed by F4E and a consortium consisting...

Read more

A visit from the Groningen University at IPPLM

18-04-2014

A visit from the Groningen University at IPPLM

On the 17th of April 2014 a group of students and PhD students from Groningen University („T.F.V. ‘Professor Francken’”) visited IPPLM. Young people, students of applied physics, were welcomed by...

Read more

A promising concept on the path to fusion energy

10-04-2014

A promising concept on the path to fusion energy

Completion of a promising experimental facility at the U.S. Department of Energy's Princeton Plasma Laboratory (PPPL) could advance the development of fusion as a clean and abundant source of energy...

Read more

How to operate a tokamak

20-03-2014

How to operate a tokamak

The new App ‘Operation Tokamak’ invites gamers to have a go at realising fusion power. Being the operator of a fusion machine, players have to control the plasma by shaping...

Read more

Magnetic behavior discovery could advance nuclear fusion

20-03-2014

Magnetic behavior discovery could advance nuclear fusion

ANN ARBOR—Inspired by the space physics behind solar flares and the aurora, a team of researchers from the University of Michigan and Princeton has uncovered a new kind of magnetic...

Read more
HiPER iter Laserlab Europe Fusenet