Моделирование и диагностика повреждений и деформаций в кристалле Gd₃Ga₅O₁₂ после имплантации ионов F⁺

Abstract

Для получения количественных характеристик радиационного дефектообразования в гадолиний-галлиевом гранате (ГГГ) проведено математическое моделирование процесса имплантации ионов фтора при помощи программы SRIM-2008. Определены распределения по глубине кристалла упругих и неупругих энергетических потерь имплантированного иона F⁺ с энергией 90 кэВ и смещённых ионов мишени при торможении в кристалле ГГГ, а также профили распределения по глубине количеств имплантированных и смещённых ионов. Определён характер повреждений и их количественные характеристики. Структурные изменения, вызванные имплантацией ионов фтора в поверхностном слое монокристалла ГГГ, исследованы методом рентгеновской дифракции. Установлена форма профиля деформации в имплантированном слое и связь его характеристик с результатами моделирования.

Для одержання кількісних характеристик радіяційного дефектоутворення в ґадоліній-ґалійовому ґранаті (ҐҐҐ) проведено математичне моделювання процесу імплантації йонів фтору за допомогою програми SRIM-2008. Встановлено розподіли за глибиною кристалу пружніх і непружніх енергетичних втрат імплантованого йона F⁺ з енергією 90 кеВ та зміщених йонів мішені при гальмуванні в кристалі ҐҐҐ, а також профілі розподілу за глибиною кількостей імплантованих і зміщених йонів. Визначено характер пошкоджень та їх кількісні характеристики. Структурні зміни, спричинені імплантацією йонів фтору в поверхневому шарі монокристалу ҐҐҐ, досліджено методою Рентґенової дифракції. Встановлено форму профілю деформації в імплантованому шарі і зв’язок його характеристик з результатами моделювання.

Mathematical modelling of fluorine ion implantation process is carried out by using the SRIM-2008 program for the determination of quantitative characteristics of the radiation defect formation in the gadolinium–gallium garnet (GGG). The crystal depth distributions are measured for elastic and inelastic energy losses of both the implanted F⁺ ion with 90 keV energy and the displaced matrix ions due to their slowing-down in the GGG crystal. Depth distribution profiles are obtained for quantities of implanted and displaced ions. The damage pattern and its quantitative characteristics are determined. Structural changes caused by fluorine ion implantation in a surface layer of the GGG single crystal are investigated by an X-ray diffraction technique. The shape of the strain profile in the implanted layer and relationships of its characteristics with the simulation results are determined.