This thesis is based on experimental results from measurements on methyl halides at a photon energy corresponding to the He IIβ emission line. Double ionization processes involving the valence electrons of the molecules CH3F, CH3Cl and CH3I are studied by means of a magnetic bottle TOF-PEPECO spectrometer. Resulting double ionization data of these molecules suggest that mainly direct double photoionization is observed as a continuous energy sharing between the ejected electron pairs. As a mean to further understand the double ionization processes, a "rule of thumb", for double ionization in molecules, is applied to the data presented in the double ionization spectra. This is done in order to quantify the effective distance between the two vacancies created in the dications. It is found that the distance between the vacancies may be related to the bond distance between the carbon and halogen atoms. Further investigations call for quantum chemical calculations to scrutinize this hypothesis. / Det här examensarbetet är baserat på experimentella fotojonisations studier av metyl halider vid en fotonenergi motsvarande He IIβ emissionslinjen. Valenselektronerna i dubbeljonisations processerna för CH3F, CH3Cl och CH3I har studerats under användning av en så-kallad magnetisk flask TOF-PEPECO spektrometer. Resultaten av dessa mätningar visar att mestadels direkt dubbeljonisation processer före- kommer, där elektronerna delar kontinuerligt på energin som friges vid jonisationen. Den dubbla jonisa- tions processen är ytterligare studerad genom att tillämpa en tumregel för dubbeljonisation i molekyler, vilket ger en indikation av hur stort avståndet är mellan de två vakanserna som skapades när molekylerna joniserade. Resultaten från tumregeln visar att avståndet mellan vakanserna kan vara relaterade till bind- ningsavståndet mellan kol-atomen och halogen-atomen, i respektive metyl halogen. För att ytterligare bekräfta dubbeljonisations processerna i dessa molekyler, krävs kvantmekaniska beräkningar.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:32:09Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2011-06-30Bitstream added on 2014-06-13T19:02:30Z : No. of bitstreams: 1 mitmapillaca_ejd_dr_guara.pdf: 1950757 bytes, checksum: f8081b468d019f4dac4207cfc646916a (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Implantação iônica por imersão em plasma com campo magnético (3IPCM) foi investigada usando técnicas numéricas e experimentais. O campo magnético considerado é essencialmente não uniforme e é produzido por duas bobinas magnéticas posicionadas ao redor da câmara de vácuo. O estudo é centrado na análise do efeito de dois dos parâmetros mais importantes: tensão e pressão no processo 3IPCM. Outro tema importante como a dinâmica dos elétrons secundários foi também abordado neste trabalho. Neste contexto, o processo 3IPCM foi pesquisado inicialmente usando o código computacional KARAT. Os resultados numéricos mostraram um incremento da densidade do plasma ao redor do alvo durante a variação dos parâmetros de tensão, pressão e campo magnético considerados. Como consequência deste aumento, um incremento da densidade de corrente iônica sobre o alvo foi observado. Os resultados numéricos mostraram que o sistema de campos cruzados E×B intensifica o processo 3IPCM. Posteriormente, 3IPCM foi realizado experimentalmente. Resultados experimentais mostraram que a densidade de corrente foi incrementada em aproximadamente 100 % em relação ao caso sem campo magnético quando os parâmetros externos foram variados. Todos estes resultados numéricos e experimentais são explicados através do mecanismo de ionização do gás por colisão com os elétrons magnetizados realizando movimento de deriva em campos E×B. Finalmente, para analisar os efeitos do processo 3IPCM no tratamento de materiais foram realizados implantações em amostras de silício. Os resultados mostraram que o processo 3IPCM promove mudanças nas propriedades superficiais das amostras, tornando-as hidrofóbicas. Esta técnica mostra ser atrativa posto que foi possível incrementar a dose e a profundidade de implantação em alta tensão. / Plasma immersion ion implantation (PIII) with magnetic field has been investigated using numerical and experimental methods. The magnetic field in consideration is essentially non-uniform and is generated by two magnetic coils installed outside the PIII vacuum chamber. The study is focused on analysis of the effect of two of the most important process parameters: voltage and gas pressure on the PIII with magnetic field. Another important subject such as the dynamics of secondary electrons has also been considered in this work. In this context, the PIII process with magnetic field has been initially analyzed numerically using the 2.5D computer code KARAT. The numeric results have shown an increase of the plasma density around of the target in the range of the considered parameters, voltage, pressure and magnetic field. As consequence of this an enhancement of the ion current density on the target was observed. The simulation results have demonstrated that the system of crossed E×B fields intensifies the PIII process with magnetic field. Later, the PIII process with magnetic field has been carried out experimentally. Experimental results have shown an increase of the current density in about 100 % in relation to the case without magnetic field when the external parameters have been varied. The numerical and experimental results are explained through the mechanism of gas ionization by collision with electrons drifting in crossed E×B field. Finally, to analyze the effect of the PIII process with magnetic field in material treatment implantation in Silicon samples has been carried out. The results indicate that the PIII process with magnetic field promotes changes of the samples surface properties, turning them hydrophobic. This PIII technique is attractive since it can increase the dose and the depth of implantation at high voltage.

Orientador: Konstantin Georgiev Kostov / Co orientador: Mario Ueda / Banca: Milton Eiji Kayama / Banca: Rogério Pinto Mota / Banca: Munemasa Machida / Banca: Joaquim José Barroso de Castro / Resumo: Implantação iônica por imersão em plasma com campo magnético (3IPCM) foi investigada usando técnicas numéricas e experimentais. O campo magnético considerado é essencialmente não uniforme e é produzido por duas bobinas magnéticas posicionadas ao redor da câmara de vácuo. O estudo é centrado na análise do efeito de dois dos parâmetros mais importantes: tensão e pressão no processo 3IPCM. Outro tema importante como a dinâmica dos elétrons secundários foi também abordado neste trabalho. Neste contexto, o processo 3IPCM foi pesquisado inicialmente usando o código computacional KARAT. Os resultados numéricos mostraram um incremento da densidade do plasma ao redor do alvo durante a variação dos parâmetros de tensão, pressão e campo magnético considerados. Como consequência deste aumento, um incremento da densidade de corrente iônica sobre o alvo foi observado. Os resultados numéricos mostraram que o sistema de campos cruzados E×B intensifica o processo 3IPCM. Posteriormente, 3IPCM foi realizado experimentalmente. Resultados experimentais mostraram que a densidade de corrente foi incrementada em aproximadamente 100 % em relação ao caso sem campo magnético quando os parâmetros externos foram variados. Todos estes resultados numéricos e experimentais são explicados através do mecanismo de ionização do gás por colisão com os elétrons magnetizados realizando movimento de deriva em campos E×B. Finalmente, para analisar os efeitos do processo 3IPCM no tratamento de materiais foram realizados implantações em amostras de silício. Os resultados mostraram que o processo 3IPCM promove mudanças nas propriedades superficiais das amostras, tornando-as hidrofóbicas. Esta técnica mostra ser atrativa posto que foi possível incrementar a dose e a profundidade de implantação em alta tensão. / Abstract: Plasma immersion ion implantation (PIII) with magnetic field has been investigated using numerical and experimental methods. The magnetic field in consideration is essentially non-uniform and is generated by two magnetic coils installed outside the PIII vacuum chamber. The study is focused on analysis of the effect of two of the most important process parameters: voltage and gas pressure on the PIII with magnetic field. Another important subject such as the dynamics of secondary electrons has also been considered in this work. In this context, the PIII process with magnetic field has been initially analyzed numerically using the 2.5D computer code KARAT. The numeric results have shown an increase of the plasma density around of the target in the range of the considered parameters, voltage, pressure and magnetic field. As consequence of this an enhancement of the ion current density on the target was observed. The simulation results have demonstrated that the system of crossed E×B fields intensifies the PIII process with magnetic field. Later, the PIII process with magnetic field has been carried out experimentally. Experimental results have shown an increase of the current density in about 100 % in relation to the case without magnetic field when the external parameters have been varied. The numerical and experimental results are explained through the mechanism of gas ionization by collision with electrons drifting in crossed E×B field. Finally, to analyze the effect of the PIII process with magnetic field in material treatment implantation in Silicon samples has been carried out. The results indicate that the PIII process with magnetic field promotes changes of the samples surface properties, turning them hydrophobic. This PIII technique is attractive since it can increase the dose and the depth of implantation at high voltage. / Doutor

Abstract In this thesis electronic structure of atomic chromium, rubidium and bromine are studied experimentally and theoretically through transitions and decay processes originating from selected M-shell hole states. The experiments are conducted with traditional methods of electron spectroscopy as well as more recent multicoincidence methods using pulsed synchrotron radiation and a magnetic bottle spectrometer. The observed electronic transitions are theoretically simulated with multiconfiguration Dirac-Fock method. Finally, the calculations are used to interpret the measured spectra to investigate the energy level structure and electron dynamics of the studied elements. / Original papers Original papers are not included in the electronically distributed version of the thesis. Keskinen, J., Huttula, S.-M., Mäkinen, A., Patanen, M., & Huttula, M. (2015). Experimental and theoretical study of 3p photoionization and subsequent Auger decay in atomic chromium. Radiation Physics and Chemistry, 117, 209–216. https://doi.org/10.1016/j.radphyschem.2015.08.018 Keskinen, J., Lablanquie, P., Penent, F., Palaudoux, J., Andric, L., Cubaynes, D., … Jänkälä, K. (2017). Initial-state-selected MNN Auger spectroscopy of atomic rubidium. Physical Review A, 95(4). https://doi.org/10.1103/physreva.95.043402 http://jultika.oulu.fi/Record/nbnfi-fe201706207380 Keskinen, J., Jänkälä, K., Huttula, S.-M., Kaneyasu, T., Hikosaka, Y., Shigemasa, E., … Lablanquie, P. (2019). Auger decay of the 3d hole in the isoelectronic series of Br*, Kr⁺ and Rb²⁺. Manuscript in preparation.

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