Наукова конференція Інституту ядерних досліджень НАНУ
27-31 січня 2014 р.
Тези доповідей
Секція: Радіаційна фізика та радіаційне матеріалознавство
27 січня 2014 р., понеділок, 14:00
Регламент: 12+3 хв
впорядкування та далекодіЯ У кремніЮ,
опроміненому високоенергетичними іонами водню і гелію
В.І.Варніна1, А. А. Гроза1, П.Г. Литовченко1, Л.С.Марченко1, М.Б.Пінковська1,
В.M.Попов2,
М.І.Старчик1, Г.Г.Шматко1
1Інститут ядерних досліджень НАН України
2Науково-дослідний інститут „Мікроприлад”
Відомо, що в процесі тривалого опромінення високоенергетичними іонами в тонкому прошарку матеріалу накопичується велика кількість дефектів. В результаті їхньої взаємодії виникають нові умови дефектоутворення. Відбувається структурне упорядкування, самоорганізація, і, відповідно, модифікація оптичних, електрофізичних і структурних властивостей опромінених кристалів.
Ми досліджували оптичні і структурні властивості монокристалу кремнію, опроміненого 6,8 МеВ протонами ((1 ¸ 3)∙ 1017 см–2) і 27,2 МеВ альфа-частинками (1∙1017 см–2) при температурі ≤ 100 оС на прискорювачі У-120 Інституту ядерних досліджень НАНУ. Довжини пробігу (Rp) досліджуваних іонів в кремнію приблизно однакові (~360 мкм). Таке опромінення давало змогу створювати велику концентрацію дефектів на однаковій товщині іонами різної енергії і маси.
Застосовано методи вибіркового протравлювання і металографії, рентгенівської топографії, растрової електронної мікроскопії, а також ІЧ-спектроскопії .
Із дослідження спектрів ІЧ- поглинання кремнію, опроміненого протонами флюенсами 1,9·1017 см–2 и 3∙ 1017 см–2, видно виникнення поглинання при 477 см-1, забороненого умовами симетрії в монокристалі. Одночасно щезали смуги однофононного поглинання і поглинання, зумовленого коливаннями Si-H-зв'язків, що вказує на зниження впливу окремих точкових дефектів та їхніх комплексів з ростом флюенса та виникнення нових умов дефектоутворення [1].
За даними рентгеновскої топографії значні порушення структури (разупорядкування) для обох видів іонів спостерігалось лише в області гальмування іонів. За даними вибіркового протравлювання і растрової электронної микроскопії в кремнію, опроміненому альфа-частинками, в області пробігу іонів виявлено утворення «стінок» дефектів, розташованих перпендикулярно струменю іонів. Число «стінок» залежало від інтенсивності струменя іонів: росло з ростом інтенсивності.
У кремнію, опроміненому протонами флюенсом (3-3,5)∙ 1017 см–2, дефекти у вигляді «стінки» поширювались за область їхнього пробігу на глибину, що дорівнювала подвійному пробігу іонів. Такий самий ефект спостерігався і при альфа-опроміненні, але фіксувався лише методами растрової електронної мікроскопії.
Мікропрофілограма поверхі кремнію (у перерізі), опроміненого альфа-частинками, фіксує істотну різницю в профілі поверхні в області пробігу та позапробіжній для іонів гелію частині зразка у зв’язку з утворенням у першому випадку вакансійних комплексів та осадженням гелію. Дані вибіркового травлення підтверджують це: у області пробігу α-частинок видно ряди з витравлених пор, найімовірніше, зв’язаних з накопленим там раніше гелієм.
За результатами експерименту можна стверджувати, що у випадку тривалого високо енергетичного опромінення кремнію іонами водню і гелію утворення дефектів проходить через стадію упорядкування (у вигляді «стінок») в результаті їхньої самоорганізації. Поширення дефектів за область гальмування іонів обох типів на відстані понад довжину їхнього пробігу – це ефект далекодії. Виявлені ефекти можна застосувати при побудові сучасної теорії взаємодії випромінювання з речовиною.