Ефекти впорядкування дефектної структури n-Si, індуковані великими флюенсами іонів МеВ-них енергій

Abstract

Узагальнено результати досліджень структурних і оптичних властивостей кремнію, опроміненого легкими іонами МеВ-них енергій флюенсами, що перевищували 10¹⁶ см⁻². Структуру опроміненого іонами кремнію умовно поділено на декілька областей (пробігу, гальмування та за межею області гальмування), вигляд яких визначається типом іонів, їхньою масою, енергією і температурою під час опромінення. Встановлено, що опромінення великими флюенсами легких іонів МеВ-них енергій спричинює утворення в об'ємі кремнію на глибинах до декількох сотень мікрон упорядкованих шарів, пов'язаних із дефектами, властивості яких відрізняються від властивостей матриці. Показано, що за таких умов опромінення характер дефектоутворення (кількість і ширина виявлених упорядкованих лінійних структур та їх розташування відносно області гальмування іонів) залежить від маси й енергії іонів, інтенсивності пучка іонів, температури опромінення і властивостей кристала. Ефект упорядкування дефектів у вигляді ліній напружень та їх поширення за межі області гальмування виявлено при опроміненні кремнію іонами як водню, так і гелію. З’ясовано, що даний ефект залежить від інтенсивності опромінення і виникає тільки при щільності струму пучка меншій, ніж 0,45 мкА/см². Установлено, що для кремнію, опроміненого іонами гелію, в області пробігу іонів характерною є не монокристалічна, а фрагментарна структура, яка має сукупність упорядкованих ліній напружень (по в’язаних із дефектами), паралельних смузі гальмування іонів гелію, а смуга гальмування складається з порожнеч, витравлених як суцільний шар та у вигляді окремих скупчень. Виявлено, що опромінення дислокаційного кремнію іонами дейтерію призводить до руху дислокацій у процесі опромінення та до перетину ними лінії гальмування дейтронів унаслідок утворення дефектів пакування.

The results of studies of the structural and optical properties of silicon irradiated with light ions of MeV energies with fluences exceeding 10¹⁶ cm⁻² are generalized. The structure of silicon irradiated with ions is con ventionally divided into several regions (ion path, braking, and outside the braking region), the kind of which is determined by the type of ions, their mass, energy, and temperature during irradiation. It is established that the irradiation with high fluences of light ions of MeV energies causes the formation of ordered layers in the bulk of silicon at depths up to several hundred microns, associated with defects whose properties differ from those of the matrix. It is shown that, under such irradiation conditions, the nature of the defect formation (the number and width of the revealed ordered linear structures and their location relative to the braking region of ions) depends on the mass and energy of ions, the ion beam intensity, the irradiation temperature, and the crystal properties. The effect of the ordering of defects in the form of stress lines and their propagation outside the braking region was discovered, when silicon was irradiated with ions of both hydrogen and helium. It is found that this effect depends on the irradiation intensity and occurs, only when the beam current density is less than 0.45 μA/cm². It is established that, for silicon irradiated with helium ions in the region of ion path, characteristic is not the monocrystalline, but fragmentary structure, which has an aggregate of ordered stress lines (associated with defects) located in parallel to the braking band of helium ions, and the braking band consists of voids etched as a continuous layer and in the form of separate clusters. It is revealed that the irradiation of dis location silicon with deuterium ions leads to the movement of dislocations during the irradiation and to their crossing of the deuteron braking line due to the formation of stacking faults.