Особливості ефекту далекодії в кремнії при імплантації ядер водню та гелію

Abstract

У монокристалах кремнiю при iмплантацiї ядер водню (протонiв) з енергiєю E = 6; 8 МеВ (Φ = 1 - 3 х 10¹⁷ см⁻²), E = 43 МеВ (Φ = 1 х 10¹⁷ см⁻²), E = 50 МеВ (Φ = 5 х 10¹⁶ см⁻²) i ядер гелiю (альфа-частинок) з енергiєю E = 27; 2 МеВ, (Φ = 1 х 10¹⁷ см⁻²) виявлено радiацiйний вплив та поширення перiодичної дефектної структури в запробiжну для iонiв частину зразкiв (“ефекти далекодiї”), якi не передбаченi iснуючою теорiєю iонної iмплантацiї. Радiацiйний вплив опромiнення протонами на прискорене утворення термодефектiв у прошарках росту кристалiв кремнiю в запробiжнiй частинi зразкiв є бiльш iнтенсивним i спостерiгається при температурi вiдпалювання на 50 °C нижчiй, нiж у пробiжнiй. При опромiненнi альфа-частинками виявлено утворення перiодичної дефектної структури у виглядi “стiнок” дефектiв перпендикулярних до напрямку руху iонного пучка, яка спостерiгається як до, так i за областю гальмування iонiв. Формування перiодичної дефектної структури пов’язуємо з процесом самоорганiзацiї радiацiйних дефектiв, а поширення радiацiйного впливу в запробiжну для iонiв частину кристала – з можливою реалiзацiєю солiтонного механiзму.

Radiation effects in silicon single crystals irradiated with protons of the energies E = 6:8, 43, and 50 MeV at the fluences Φ = (1-3) х 10¹⁷, 1 х 10¹⁷, and 5 х 10¹⁶ cm⁻², respectively, and with alpha-particles of the energy E = 27:2 MeV at the fluence Φ = 1 х 10¹⁷ cm⁻² have been studied. The extension of a periodic defect structure into the region located behind the ion stopping range has been revealed (“long-range effects”), which cannot be explained in the framework of the available ion implantation theory. The effect of the proton radiation on an increase of the thermal defect generation in crystal growth layers located in this region is found to be more intensive and to occur at a temperature by 50° lower than that in the proton free-path region. In the case of the irradiation with alpha particles, the formation of a defect structure in the form of defect walls oriented perpendicularly to the ion beam and extending over the ion stopping range and behind it was detected. We associate the formation of a periodic defect structure with the self-organization of radiation-induced defects, and the extension of the radiation effect into the region behind the ion stopping range with a probable implementation of the soliton mechanism of propagation.

В монокристаллах кремния при имплантации ядер водорода с энергией E = 6; 8 МэВ (Φ = 1 - 3 х 10¹⁷ см⁻²), E = 43 МеВ (Φ = 1 х 10¹⁷ см⁻²), E = 50 МэВ (Φ = 5 х 10¹⁶ см⁻²) и ядер гелия с энергией E = 27; 2 МэВ (Φ = 1 х 10¹⁷ см⁻²) обнаружено радиационное воздействие за областью торможения ионов (“эффекты дальнодействия”), что не объясняется существующей теорией ионной имплантации. Во всей этой области в cлоях роста кристалла после термообработки наблюдалось ускоренное образование термодефектов при температуре на 50 °C более низкой, чем в области пробега ядер водорода. При облучении ядрами гелия (альфа-частицами) обнаружено образование периодической дефектной структуры в виде стенок дефектов перпендикулярных направлению движения ионного пучка, которая распространялась вглубь образцов как до, так и за область торможения ионов. Образование периодической дефектной структуры связывается с процессом самоорганизации, а распространение радиационного воздействия – с солитонным механизмом.