Формування структурної неоднорідності приповерхневого шару плівок залізо-ітрієвого ґранату шляхом імплантації іонів Si⁺

Представлено результати досліджень приповерхневих шарів плівок ЗІҐ, імплантованих іонами Si⁺ дозою 5⋅10¹³ см⁻² в діапазоні енергій 100 – 150 кеВ. Математичне моделювання процесу іонноі імплантації показало, що утворення пар Френкеля та дефектів більш складного типу є рівноймовірним. Теоретично розра...

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Date:	2011
Main Authors:	Остафійчук, Б.К., Гарпуль, О.З., Пилипів, В.М., Яремій, І.П., Куровець, В.В.
Format:	Article
Language:	Ukrainian
Published:	Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України 2011
Series:	Физическая инженерия поверхности
Online Access:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/76408
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:	Формування структурної неоднорідності приповерхневого шару плівок залізо-ітрієвого ґранату шляхом імплантації іонів Si⁺ / Б.К. Остафійчук, О.З. Гарпуль, В.М. Пилипів, І.П. Яремій, В.В. Куровець // Физическая инженерия поверхности. — 2011. — Т. 9, № 2. — С. 150–156. — Бібліогр.: 14 назв. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-76408
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-764082015-02-11T03:01:48Z Формування структурної неоднорідності приповерхневого шару плівок залізо-ітрієвого ґранату шляхом імплантації іонів Si⁺ Остафійчук, Б.К. Гарпуль, О.З. Пилипів, В.М. Яремій, І.П. Куровець, В.В. Представлено результати досліджень приповерхневих шарів плівок ЗІҐ, імплантованих іонами Si⁺ дозою 5⋅10¹³ см⁻² в діапазоні енергій 100 – 150 кеВ. Математичне моделювання процесу іонноі імплантації показало, що утворення пар Френкеля та дефектів більш складного типу є рівноймовірним. Теоретично розраховано профіль концентрації радіаційних дефектів, який в основному формується дефектами, утвореними внаслідок пружних взаємодій іона-імплантата з атомами мішені. Експериментально встановлено, що імплантація іонів Si⁺ у плівки ЗІҐ призводить до утворення в приповерхневому шарі монотонно-спадних профілів відносної деформації. Представлены результаты исследований приповерхностных слоев пленок ЗИГ, имплантированных ионами Si⁺ дозой 5⋅10¹³ см⁻² в диапазоне энергий 100 – 150 кэВ. Математическое моделирование процесса ионной имплантации показало, что образование пар Френкеля и дефектов более сложного типа является равновероятным. Теоретически рассчитано профиль концентрации радиационных дефектов, который в основном формируется дефектами, образовавшимися в результате упругих взаимодействий иона-имплантата с атомами мишени. Экспериментально установлено, что имплантация ионов Si⁺ в пленки ЗИГ приводит к образованию в приповерхностном слое монотонно-нисходящих профилей относительной деформации. The results of studies of near-surface layers of YIG films, ion implanted Si⁺, dose of 5⋅10¹³ cm⁻² in the energy range 100 – 150 keV. Mathematical modeling of ion implantation showed that the formation of Frenkel pairs of defects and more complex types are equally likely. The concentration profile of radiation defects, which mainly formed defects formed as a result of elastic ion-implant interactions with atoms of the target was calculated. Experimentally determined that the implantation of Si⁺ ions in YIG films leads to the formation in the subsurface layer monotonically-decreasing relative strain profiles. 2011 Article Формування структурної неоднорідності приповерхневого шару плівок залізо-ітрієвого ґранату шляхом імплантації іонів Si⁺ / Б.К. Остафійчук, О.З. Гарпуль, В.М. Пилипів, І.П. Яремій, В.В. Куровець // Физическая инженерия поверхности. — 2011. — Т. 9, № 2. — С. 150–156. — Бібліогр.: 14 назв. — укр. 1999-8074 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/76408 544.546:548.4 uk Физическая инженерия поверхности Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
description	Представлено результати досліджень приповерхневих шарів плівок ЗІҐ, імплантованих іонами Si⁺ дозою 5⋅10¹³ см⁻² в діапазоні енергій 100 – 150 кеВ. Математичне моделювання процесу іонноі імплантації показало, що утворення пар Френкеля та дефектів більш складного типу є рівноймовірним. Теоретично розраховано профіль концентрації радіаційних дефектів, який в основному формується дефектами, утвореними внаслідок пружних взаємодій іона-імплантата з атомами мішені. Експериментально встановлено, що імплантація іонів Si⁺ у плівки ЗІҐ призводить до утворення в приповерхневому шарі монотонно-спадних профілів відносної деформації.
format	Article
author	Остафійчук, Б.К. Гарпуль, О.З. Пилипів, В.М. Яремій, І.П. Куровець, В.В.
spellingShingle	Остафійчук, Б.К. Гарпуль, О.З. Пилипів, В.М. Яремій, І.П. Куровець, В.В. Формування структурної неоднорідності приповерхневого шару плівок залізо-ітрієвого ґранату шляхом імплантації іонів Si⁺ Физическая инженерия поверхности
author_facet	Остафійчук, Б.К. Гарпуль, О.З. Пилипів, В.М. Яремій, І.П. Куровець, В.В.
author_sort	Остафійчук, Б.К.
title	Формування структурної неоднорідності приповерхневого шару плівок залізо-ітрієвого ґранату шляхом імплантації іонів Si⁺
title_short	Формування структурної неоднорідності приповерхневого шару плівок залізо-ітрієвого ґранату шляхом імплантації іонів Si⁺
title_full	Формування структурної неоднорідності приповерхневого шару плівок залізо-ітрієвого ґранату шляхом імплантації іонів Si⁺
title_fullStr	Формування структурної неоднорідності приповерхневого шару плівок залізо-ітрієвого ґранату шляхом імплантації іонів Si⁺
title_full_unstemmed	Формування структурної неоднорідності приповерхневого шару плівок залізо-ітрієвого ґранату шляхом імплантації іонів Si⁺
title_sort	формування структурної неоднорідності приповерхневого шару плівок залізо-ітрієвого ґранату шляхом імплантації іонів si⁺
publisher	Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
publishDate	2011
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/76408
citation_txt	Формування структурної неоднорідності приповерхневого шару плівок залізо-ітрієвого ґранату шляхом імплантації іонів Si⁺ / Б.К. Остафійчук, О.З. Гарпуль, В.М. Пилипів, І.П. Яремій, В.В. Куровець // Физическая инженерия поверхности. — 2011. — Т. 9, № 2. — С. 150–156. — Бібліогр.: 14 назв. — укр.
series	Физическая инженерия поверхности
work_keys_str_mv	AT ostafíjčukbk formuvannâstrukturnoíneodnorídnostípripoverhnevogošaruplívokzalízoítríêvogogranatušlâhomímplantacíííonívsi AT garpulʹoz formuvannâstrukturnoíneodnorídnostípripoverhnevogošaruplívokzalízoítríêvogogranatušlâhomímplantacíííonívsi AT pilipívvm formuvannâstrukturnoíneodnorídnostípripoverhnevogošaruplívokzalízoítríêvogogranatušlâhomímplantacíííonívsi AT âremíjíp formuvannâstrukturnoíneodnorídnostípripoverhnevogošaruplívokzalízoítríêvogogranatušlâhomímplantacíííonívsi AT kurovecʹvv formuvannâstrukturnoíneodnorídnostípripoverhnevogošaruplívokzalízoítríêvogogranatušlâhomímplantacíííonívsi
first_indexed	2025-07-06T00:50:41Z
last_indexed	2025-07-06T00:50:41Z
_version_	1836856683895193600
fulltext	150 ВСТУП Серед широкого спектру магнітних матеріа- лів у вигляді епітаксійних плівок, що вико- ристовуються в мікроелектроніці, одне з про- відних місць займають матеріали зі струк- турою ґранату, основними сферами засто- сування яких є надвисокочастотні пристрої, прикладна магнітооптика, засоби магнітного запису та зчитування інформації [1]. Моди- фікація поверхневих шарів ферит-ґранатових плівок (ФҐП) шляхом іонної імплантації призводить до ряду суттєвих змін в їхніх ха- рактеристиках, внаслідок чого виникає мож- ливість ефективного перетворення імпульс- ного НВЧ-сигналу в біжучі спінові хвилі та генерації хвиль із набагато меншими довжи- ною та втратами, а також застосовується для усунення жорстких магнітних доменів. У зв’язку з цим встановлення фізичних зако- номірностей трансформації кристалічної ґратки епітаксійних ФҐП внаслідок іонної імплантації при різних режимах є актуальною науковою проблемою. Процес іонного бомбардування супровод- жується внесенням у приповерхневий шар плівки великої кількості радіаційних дефектів (вакансій, міжвузельних атомів, їх скупчень) [2], які викликають в ній появу пружних на- УДК 544.546:548.4 ФОРМУВАННЯ СТРУКТУРНОЇ НЕОДНОРІДНОСТІ ПРИПОВЕРХНЕВОГО ШАРУ ПЛІВОК ЗАЛІЗО-ІТРІЄВОГО ҐРАНАТУ ШЛЯХОМ ІМПЛАНТАЦІЇ ІОНІВ Si+ Б.К. Остафійчук, О.З. Гарпуль, В.М. Пилипів, І.П. Яремій, В.В. Куровець Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника (Івано-Франківськ) Україна Надійшла до редакції 10.05.2011 Представлено результати досліджень приповерхневих шарів плівок ЗІҐ, імплантованих іонами Si+ дозою 5⋅1013 см–2 в діапазоні енергій 100 – 150 кеВ. Математичне моделювання процесу іонноі імплантації показало, що утворення пар Френкеля та дефектів більш складного типу є рівноймовірним. Теоретично розраховано профіль концентрації радіаційних дефектів, який в основному формується дефектами, утвореними внаслідок пружних взаємодій іона-імплантата з атомами мішені. Експериментально встановлено, що імплантація іонів Si+ у плівки ЗІҐ при- зводить до утворення в приповерхневому шарі монотонно-спадних профілів відносної дефор- мації. Ключові слова: ферит-ґранатові плівки, іонна імплантація, крива дифракційного відбивання, профіль відносної деформації. Представлены результаты исследований приповерхностных слоев пленок ЗИГ, имплантиро- ванных ионами Si+ дозой 5⋅1013 см–2 в диапазоне энергий 100 – 150 кэВ. Математическое моде- лирование процесса ионной имплантации показало, что образование пар Френкеля и дефектов более сложного типа является равновероятным. Теоретически рассчитано профиль концент- рации радиационных дефектов, который в основном формируется дефектами, образовавшимися в результате упругих взаимодействий иона-имплантата с атомами мишени. Экспериментально установлено, что имплантация ионов Si+ в пленки ЗИГ приводит к образованию в приповерх- ностном слое монотонно-нисходящих профилей относительной деформации. Ключевые слова: феррит-гранатовые пленки, ионная имплантация, кривая дифракционного отражения, профиль относительной деформации. The results of studies of near-surface layers of YIG films, ion implanted Si+, dose of 5⋅1013 cm–2 in the energy range 100 – 150 keV. Mathematical modeling of ion implantation showed that the formation of Frenkel pairs of defects and more complex types are equally likely. The concentration profile of radiation defects, which mainly formed defects formed as a result of elastic ion-implant interactions with atoms of the target was calculated. Experimentally determined that the implantation of Si+ ions in YIG films leads to the formation in the subsurface layer monotonically-decreasing relative strain profiles. Keywords: ferrite-garnet films, ion implantation, reflection curve, the relative strain profile.  Б.К. Остафійчук, О.З. Гарпуль, В.М. Пилипів, І.П. Яремій, В.В. Куровець, 2011 151ФІП ФИП PSE, 2011, т. 9, № 2, vol. 9, No. 2 пруг та призводять до локальних змін власти- востей матеріалу, тобто до утворення пружно- деформованого приповерхневого шару [3]. ОБ’ЄКТИ ТА МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ Об’єктами нашого дослідження були імплан- товані іонами Sі+ монокристалічні плівки за- лізо-ітрієвого ґранату (ЗІҐ) Y3Fe5O12, вирощені методом рідкофазної епітаксії на підкладках ґадоліній-ґалієвого ґранату (ҐҐҐ) Gd3Ga5O12 із кристалографічною площиною зрізу (111). Імплантація проводилася на прискорювачі МРВ-202 в умовах, що виключають каналю- вання та самовідпал. Метою досліджень було вивчення змін у кристалічній структурі приповерхневих ша- рів плівок ЗІГ, спричинених імплантацією іонів Sі+ з різною енергією в діапазоні 100 – 150 кеВ та дозою D = 5⋅1013 см–2 . Для дослідження приповерхневих шарів плівок ЗІҐ використано метод двокристальної Х-променевої дифрактометрії, який реалізо- вувався у бездисперсійній схемі в геометрії Брега на установці ДРОН-2.0 у СuKα1 випро- мінюванні (монохроматором слугував моно- кристал ҐҐҐ із площиною зрізу (111)). Із екс- периментальних кривих дифракційного від- бивання (КДВ) розраховано профілі віднос- ної деформації ∆d/d(h) приповерхневого шару імплантованих іонами Sі+ плівок ЗІҐ, шляхом моделювання взаємодії Х-променів із неідеа- льним монокристалом засобами динамічної теорії розсіяння у формі рівнянь Такагi. Моде- лювання процесу іонної імплантації здійс- нено за допомогою програми SRIM-2008. ОСОБЛИВОСТІ ПРОЦЕСУ ДЕФЕКТО- УТВОРЕННЯ ПРИ ІМПЛАНТАЦІЇ ПЛІ- ВОК ЗІҐ ІОНАМИ Si+ Для визначення вигляду функції, якою буде задаватися профіль відносної деформації ∆d/d(h) приповерхневого шару плівок ЗІҐ, імплантованих іонами Sі+, розглянемо меха- нізм руху імплантованої частинки в моно- кристалі детальніше. Високоенергетичний іон у процесі галь- мування в кристалі втрачає свою енергію вна- слідок пружних зіткнень із зарядженими яд- рами атомів, екранованими електронними оболонками, і непружних зіткнень, зумовле- них збудженням та емісією електронів. Вна- слідок цього існує можливість утворення де- фектів як за рахунок ядерних енергетичних втрат, так і за рахунок електронних енерге- тичних втрат іона-імплантанта. При малих дозах опромінення обидва процеси можна вважати незалежними. Якщо енергія, яка передається атому при пружному зіткненні, перевищує енергію зв’язку атомів у твердому тілі, то атом зали- шає вузол і в результаті утворюється пара Френкеля – вакансія + міжвузловий атом. Атоми, які знаходяться в поверхневому шарі, отримавши енергію бомбардуючого іона, можуть відриватися від кристалу – відбува- ється процес розпилення і утворюється ва- кансія – дефект Шоткі. Якщо енергія первин- но зміщеного атома, який називають атомом віддачі, порівняно велика, то на шляху свого руху такий атом утворює цілий ряд (каскад) зміщень, внаслідок чого в кристалі виника- ють окремі розупорядковані зони розміром 3 ÷ 10 нм. По мірі імплантації іонів відбу- вається накопичення радіаційних дефектів, і коли густина вкорінених на одиницю по- верхні іонів, перевищить деяке критичне зна- чення, яке називають дозою аморфізації, утвориться суцільний аморфний шар [4]. В роботі [5] запропонована динамічна модель структури імплантованого шару, згідно якої модифікований приповерхневий шар ФҐП складається з наступних підшарів: поверх- невого аморфного, дефектно-деформованого кристалічного, внутрішнього аморфного та пружно-деформованого кристалічного. В той же час, розподіл іонів за глибиною плівки визначається їх проективним пробігом Rp і середньоквадратичним розкидом проек- тивних пробігів ∆Rp. Оскільки іони Si+ нале- жать до іонів середньої маси, які близькі до важких [6], то на профілі розподілу зміщених атомів за глибиною плівки буде існувати при- хований максимум концентрації вкоріненої домішки. Механізм генерації радіаційних дефектів спричинених ядерними енергетичними втра- тами, а також розподіл вказаних дефектів за глибиною в порушеному шарі, детально вив- чений і його опис може бути проведений як шляхом теоретичних розрахунків [7], так і з Б.К. ОСТАФІЙЧУК, О.З. ГАРПУЛЬ, В.М. ПИЛИПІВ, І.П. ЯРЕМІЙ, В.В. КУРОВЕЦЬ 152 використанням комп’ютерного моделювання процесу іонної імплантації [8]. У наших до- слідженнях для вивчення особливостей фор- мування радіаційних дефектів та їх розподілу за глибиною в порушеному шарі за рахунок іонно-атомних зіткнень проводилося моде- лювання процесу імплантації іонів Si+ в ЗІҐ за допомогою програми SRIM-2008. При розрахунках використовувалися дані роботи [9], згідно якої порогові енергії зміщення іона з вузла ґратки для Y3+, Fe3+ та O2– в даній струк- турі становлять відповідно 66, 56 та 40 еВ. Розрахунки утворення каскадів атом-атомних зіткнень здійснювались у наближенні аморф- ної мішені, що забезпечувалось умовами імп- лантації. Як видно з рис. 1, у всьому досліджувано- му діапазоні початкових енергій бомбардую- чого іона Si+ (100 – 150 кеВ) в процесі галь- мування у плівці ЗІҐ електронні втрати спів- мірні з ядерними енергетичними втратами, що складають ∼ 420 еВ/нм. Із збільшенням енергії проективний пробіг іонів-імплан- тантів лінійно зростає (від 90 до 130 нм). Розглянемо детальніше випадок імплан- тації іонів Si+ з початковою енергією 100 кеВ. Характерний вигляд каскаду атом-атомних зіткнень бомбардуючого іона з атомами мат- риці зображено на рис. 2, з якого видно, що, окрім точкових дефектів, спостерігаються певні скупчення (кластери) радіаційних де- фектів. Первинно вибиті атоми плівки про- дукують значну кількість вторинних дефектів (∼ 88% від загалу). Інформацію про перебіг генерації і роз- витку каскадів вторинних зіткнень для 2000 іонів-імплантантів було опрацьовано статис- тично. Для застосованих умов імплантації максимальну ймовірність зафіксовано для процесу генерації френкелівської пари – 44 %; для розвитку каскаду з двох атомів від- дачі – 15%, трьох – 8% і т. д. (рис. 3). Ймовір- ність розвитку каскаду із десяти атомів відда- чі і більше складає близько 16%. Із розподілу ядерних енергетичних втрат іона кремнію, представленого на рис. 4, а, ви- дно, що процеси пружного дефектоутворення простягаються на глибину до 160 нм, а мак- симум ядерних втрат (відповідно, і найбіль- ший ступінь дефектоутворення) припадає на глибину 50 нм, де ймовірність утворення про- тяжних комплексів радіаційних дефектів є найбільшою. Рис. 1. Розрахункові залежності енергетичних втрат (електронні – 1, ядерні – 2, сумарні – 3) та величини середнього проекційного пробігу (4) іона Si+від його початкової енергії при гальмуванні у плівці ЗІҐ. Рис. 2. Каскад атом-атомних зіткнень, викликаних вхо- дженням іона Si+ з енергією 100 кеВ у плівку ЗІҐ. Рис. 3. Ймовірність утворення каскадів вторинних змі- щень із різною кількістю іонів. ФОРМУВАННЯ СТРУКТУРНОЇ НЕОДНОРІДНОСТІ ПРИПОВЕРХНЕВОГО ШАРУ ПЛІВОК ЗАЛІЗО-ІТРІЄВОГО ҐРАНАТУ ШЛЯХОМ ... ФІП ФИП PSE, 2011, т. 9, № 2, vol. 9, No. 2 153ФІП ФИП PSE, 2011, т. 9, № 2, vol. 9, No. 2 Теоретично розрахований профіль імплан- тованих іонів для дози 5⋅1013 Si+/см2 та розпо- діли зміщених іонів матриці на одиниці пробігу іона-імплантанта наведено на рис. 4б. Проективний пробіг іонів кремнію становить ∼ 100 нм, максимальна глибина зупинки іонів 200 нм. Радіаційне розупорядкування найсут- тєвішим є в аніонній підґратці, для якої кіль- кість зміщених іонів досягає значення 3 ато- ми/нм пробігу імплантанта і приблизно втри- чі перевищує аналогічний показник для під- ґраток заліза. Розрахунки ефективності непружного ме- ханізму виникнення дефектів за методикою [10] показали, що при бомбардуванні плівок ЗІҐ іонами Si+ дефектоутворення за рахунок електронних енергетичних втрат є менш ін- тенсивним у порівнянні з дефектоутворенням за рахунок ядерних енергетичних втрат, і його можна не розглядати (рис. 5). Результати моделювання процесу імплан- тації іонів Si+ в діапазоні енергій 100 – 150 кеВ у плівку ЗІГ представлені у табл. 1. При збільшенні початковаї енергії Е іона Si+ максимум пружного дефектоутворення (dE/ dx)max та глибина максимуму залягання радіаційних дефектів лінійно зростають, а максимальне значення концентрації дефектів n зменшується. Зростання початкової енергії іона імплантанта призводить до зростання величини середнього проекційного пробігу Rp та товщини імплантованого шару h. а) б) Рис. 4. Розподіли за глибиною енергії іона-імплан- танта Si+ (Е = 100 кеВ), переданої атомами матриці при ядерному гальмуванні в плівці ЗІҐ (а), і розподіли зміщених іонів матриці та імплантованих іонів (б). Рис. 5. Теоретично розрахований розподіл концент- рації радіаційних дефектів (суцільна лінія) та його складові, пов’язані з електронними (·····) та ядерним (- - - -) енергетичними втратами іонів Si+ (Е = 100 кеВ, D = 5⋅1013 см–2) при русі у монокристалічній плівці ЗІҐ. Початкова енергія іонів Si+ Е, кеВ Проектив- ний пробіг Rp, нм Товщина ім- плантованого шару h, нм Максимальні енергетичні втрати іона, еВ/нм Відсоток ядерних енерге- тичних втрат, % Положення максимуму енергетичних ядерних втрат (dE/dx)max, нм Максималь- на концентра- ція дефектів n, 1021/см3 Максимальна глибина за- лягання ра- діаційних дефектів, нм 100 90 198 851 53 51 2,39 162 120 111 219 866 49 63 2,31 192 130 120 234 872 47 69 2,29 204 140 130 255 877 46 78 2,24 216 150 135 267 881 44 81 2,22 228 Таблиця 1 Результати моделювання процесу радіаційного дефектоутворення імплантованих іонами Si+ плівок ЗІҐ Б.К. ОСТАФІЙЧУК, О.З. ГАРПУЛЬ, В.М. ПИЛИПІВ, І.П. ЯРЕМІЙ, В.В. КУРОВЕЦЬ 154 РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕННЯ ТА ЇХ ОБГОВОРЕННЯ Можна припустити, що при малих дозах імп- лантації профіль відносної деформації про- порційний профілю дефектів. Розподіл кон- центрації дефектів за глибиною імплантова- ного шару, в загальному випадку, є сумою двох складових: дефектів, утворених внаслі- док релаксації електронних збуджень, та де- фектів, утворених внаслідок пружних ядер- них зіткнень [11]. Профіль дефектів, утворе- них внаслідок пружних ядерних зіткнень, пропорційний профілю енергетичних ядер- них втрат, форму котрого можна задати кри- вою, утвореною об’єднанням двох напівгау- сіан у точці Rp (асиметрична гаусіана) [12]. Як показали розрахунки концентрація де- фектів, утворених внаслідок електронних енергетичних втрат, є незначною (рис. 5) і її профіль не впливає на загальний вигляд про- філю радіаційно індукованих дефектів. У зв’язку з цим, при обчисленні з експери- ментальних КДВ за допомогою спеціально складеного програмного забезпечення профі- лів відносної деформації їх вигляд задавався функцією [13]: ( ) 2 max 1 2 max 2 exp , при exp , при p p p p h Rd h R d wd h d h Rd h R d w � � �−� �∆� �� − < �� ∆ � �= � � �� −� �∆� � � �− ≥� � � � �� , де h – відстань, яка відраховується від по- верхні в глибину кристалу, Rp – точка об’єд- нання гілок гаусіан, w1 і w2 – параметри гау- сіан, які характеризують їх ширину на пів- висоті. На КДВ, отриманих від імплантованих іонами Si+ плівок ЗІҐ (рис. 6, вставка), окрім головних брегівських піків від підкладки та непорушеної частини плівки, спостерігається чітко виражена додаткова осциляційна струк- тура від деформованого шару. Розраховані з експериментальних КДВ профілі відносної деформації імплантованих іонами Si+ плівок ЗІҐ для дози 5⋅1013 см–2 та енергій 100 – 150 кеВ (рис. 6), є монотонно спадними, їх максимуми припадають на приповерхневий шар та зміщуються у глибину, що пов’язано із зростанням проективного пробігу іона-імп- лантанта. Варто звернути увагу на відсутність кореляції у приповерхневій зоні між теоре- тично обчисленим розподілом дефектів (рис. 5) та розрахованим профілем відносної деформації (рис. 6). До глибини ∼ 50 нм зна- чення величини відносної деформації є не- змінним, що можна пояснити дефектоутво- ренням за рахунок формування локальних те- плових піків [14], які призводять до утворен- ня розупорядкованих областей. Зосередження у приповерхневому шарі більшої концентра- ції дефектів у випадку меншої енергії іонів імплантантів призводить до його значнішого розупорядкування, що і проявляється в зро- станні максимальної деформації порушеного шару при переході від енергії імплантації 150 кеВ до 100 кеВ (рис. 7). Рис. 6. Профілі відносної деформації в приповерх- невих шарах монокристалічних плівок ЗІҐ, імплан- тованих іонами Si+ дозою 5·1013 см-2 та енергіями: 1 – 100 кеВ, 2 – 120 кеВ, 3 – 130 кеВ, 4 – 150 кеВ. На вставці представлено ділянки експериментальних КДВ. Рис. 7. Залежність максимальної відносної деформації (1) та товщини деформованого шару (2) від початкової енергії іонів Si+. ФОРМУВАННЯ СТРУКТУРНОЇ НЕОДНОРІДНОСТІ ПРИПОВЕРХНЕВОГО ШАРУ ПЛІВОК ЗАЛІЗО-ІТРІЄВОГО ҐРАНАТУ ШЛЯХОМ ... ФІП ФИП PSE, 2011, т. 9, № 2, vol. 9, No. 2 155ФІП ФИП PSE, 2011, т. 9, № 2, vol. 9, No. 2 Із збільшенням початкової енергії бом- бардуючих іонів товщина деформованого шару зростає (рис. 7). Положення максимуму розподілу зміщених іонів матриці та макси- муму профілю відносної зміни міжплощин- ної відстані найкраще корелюють для енергії 100 кеВ, проте виявлено неспівпадіння для максимальних глибин відповідних профілів. При зростанні енергії імплантації різниця між цими параметрами збільшується, що свідчить про утворення між імплантованим шаром та досконалою частиною плівки ЗІҐ пружно-деформованого перехідного шару. ВИСНОВКИ Проведені чисельні розрахунки розподілу де- фектів, утворених внаслідок пружних та не- пружних зіткнень іона-імплантанта вздовж проективного пробігу в приповерхневих ша- рах монокристалічних плівок ЗІҐ, дають мож- ливість стверджувати, що дефектоутворення при імплантації іонами Si+ з енергією 100 – 150 кеВ відбувається практично тільки за ра- хунок ядерних енергетичних втрат. При цьо- му найбільш ймовірним є утворення пар Френкеля – 44%; ймовірність розвитку кас- каду із десяти атомів віддачі і більше складає близько 16%. Імплантація плівок ЗІГ дозою 5⋅1013 Si+/см2 в діапазоні початкових енергій 100 – 150 кеВ зумовлює утворення монотонно спадних про- філів відносної деформації. Відсутність ко- реляції між теоретично розрахованими роз- поділами пружно-індукованих радіаційних дефектів та профілями відносної деформації у приповерхневій ділянці зумовлена дефекто- утворенням за рахунок виникнення теплових піків. У всьому інтервалі досліджуваних енергій імплантації між імплантованим ша- ром та досконалою частиною плівки ЗІҐ утво- рюється пружно-деформований шар. Робота виконана за підтримки CRDF/ USAID (UKX 2-9200-IF-08) та МОН України (М/130-2009). ЛІТЕРАТУРА 1. Ozgur U., Alivov Ya., Morkoc H. Microwave ferrites, part 1: fundamental properties//J. Mater Sci: Mater Electron. – 2009. – Vol. 20. – P. 789-834. 2. Башкиров Ш.Ш., Ивойлов Н.Г., Романов Е.С. Влияние ионной имплантации на свойства на- рушенного слоя феррогранатовых ЦМД-пле- нок//ФТТ. – 1985. – Т. 27, №9. – С. 2853-2856. 3. Машкова Е.С., Теплова Я.А., Тулинов А.Ф., Чеченин Н.Г. Взаимодействие ионов с ве- ществом//В сб. Энциклопедия Московского Универ. Науч.-иссл. ин-т ядерной физики. – 2005. – С. 101-120. 4. Афанасьев А. М., Александров П. А., Има- мов Р. М. Рентгеновская диагностика субмик- ронных слоев. – М: Наука, 1989. – 151 с. 5. Остафийчук Б.К., Федорив В.Д., Кравец В.И. и др. Структура приповерхностного слоя фер- рит-гранатовой пленки, имплантированной ионами бора//Металлофизика и новейшие технологии. – 1995. – Т.17, № 2. – С. 67-72. 6. Gerard Р. Ion implantation in magnetic garnet// Nucl. Instrum. and Meth. in Phys. Res. – 1987. – Vol. 19, № 20. – Р. 843-850. 7. Риссел Х., Руге И. Ионная имплантация. – М.: Наука, 1983. – 320 с. 8. Ziegler J.F., Biersack J.P., Littmark U. The Stop- ping and Range of Ions in Solids. – New York.: Pergamon Press, 1985. – 321 p. 9. Ubizski S.B., Matkovskii A.O., Mironova-Ulma- ne N., Skvortsova V., Suchocki A., Potera P. Dis- placement Defect Formation in Complex Oxide Crystals under Irradiation//Phys. Stat. Sol. A. – 2000. – № 177. – Р. 349-366. 10. Остафійчук Б.К., Федорів В.Д., Коцюбинсь- кий В.О., Яремій І.П. Механізми дефектоут- ворення в монокристалічних плівках залізо- ітрієвого гранату при іонній імплантації лег- кими іонами//Фізика і хімія твердого тіла. – 2003. – Т. 4, № 1. – С. 63-70. 11. Остафійчук Б.К., Яремій І.П., Кравець В.І., Федорів В.Д., Яблонь Л.С. Дослідження структури змін в монокристалах ГГГ, моди- фікованих іонами бору при різних енергіях// Фізика і хімія твердого тіла. – 2002. – Т. 3, № 3. – С. 437-440. 12. Balestrino G., Lagomarsino S., Milani E., Ge- rard P., Tucciarone A. Reconstruction mechanism in ion implanted yttrium iron garnet films// J. Appl. Phys. – 1988. – Vol. 63, № 8. – P. 2751-2755. 13. Остафійчук Б.К., Яремій І.П., Кравець В.І., Федорів В.Д., Коцюбинський В.О., Моруш- ко О.В. Про можливість однозначного визна- чення профілів зміни міжплощинної відстані в приповерхневих шарах монокристалів за да- ними двокристальної рентгенівської дифрак- тометрії//Фізика і хімія твердого тіла. – 2002. – Т 3, № 1. – С. 148-153. Б.К. ОСТАФІЙЧУК, О.З. ГАРПУЛЬ, В.М. ПИЛИПІВ, І.П. ЯРЕМІЙ, В.В. КУРОВЕЦЬ 156 14. Остафийчук Б.К., Ткачук В.М., Ворончак О.Н., Яворский Б.И. О возможном механизме амор- физации поверхности феррит-гранатовых пленок вследствие ионной имплантации// Ме- таллофизика и новейшие технологии. – 1994. – Т. 16, № 8. – С. 51-54. LІTERATURA 1. Ozgur U., Alivov Ya., Morkoc H. Microwave ferrites, part 1: fundamental properties//J. Mater Sci: Mater Electron. – 2009. – Vol. 20. – P. 789-834. 2. Bashkirov Sh.Sh., Ivoylov N.G., Romanov Ye.S. Vliyaniye ionnoy implantatsii na svoystva na- rushennogo sloya ferrogranatovykh TsMD-ple- nok//FTT. – 1985. – T. 27, №9. – S. 2853-2856. 3. Mashkova Ye.S., Teplova Ya.A., Tulinov A.F., Chechenin N.G. Vzaimodeystviye ionov s ve- shchestvom//V sb. Entsiklopediya Moskovskogo Univer. Nauch.-issl. in-t yadernoy fiziki. – 2005. – S. 101-120. 4. Afanasyev A. M., Aleksandrov P. A., Imamov R. M. Rentgenovskaya diagnostika submikron- nykh sloyev. – M: Nauka, 1989. – 151 s. 5. Ostafiychuk B.K., Fedoriv V.D., Kravets V.I. i dr. Struktura pripoverkhnostnogo sloya ferrit- granatovoy plenki, implantirovannoy ionami bora//Metallofizika i noveyshiye tekhnologii. – 1995. – T.17, № 2. – S. 67-72. 6. Gerard R. Ion implantation in magnetic garnet// Nucl. Instrum. and Meth. in Phys. Res. – 1987. – Vol. 19, № 20. – R. 843-850. 7. Rissel Kh., Ruge I. Ionnaya implantatsiya. – M.: Nauka, 1983. – 320 s. 8. Ziegler J.F., Biersack J.P., Littmark U. The Stopping and Range of Ions in Solids. – New York.: Pergamon Press, 1985. – 321 p. 9. Ubizski S.B., Matkovskii A.O., Mironova-Ul- mane N., Skvortsova V., Suchocki A., Potera P. Displacement Defect Formation in Complex Oxide Crystals under Irradiation//Phys. Stat. Sol. A. – 2000. – № 177. – R. 349-366. 10. Ostafіychuk B.K., Fedorіv V.D., Kotsyubins- kiy V.O., Yaremіy І.P. Mekhanіzmi defektoutvo- rennya v monokristalіchnikh plіvkakh zalіzo-іt- rіevogo granatu pri іonnіy іmplantatsії legkimi іonami//Fіzika і khіmіya tverdogo tіla. – 2003. – T. 4, № 1. – S. 63-70. 11. Ostafіychuk B.K., Yaremіy І.P., Kravets V.І., Fe- dorіv V.D., Yablon L.S. Doslіdzhennya strukturi zmіn v monokristalakh GGG, modifіkovanikh іonami boru pri rіznikh yenergіyakh//Fіzika і khіmіya tverdogo tіla. – 2002. – T. 3, № 3. – S. 437-440. 12. Balestrino G., Lagomarsino S., Milani E., Ge- rard P., Tucciarone A. Reconstruction mecha- nism in ion implanted yttrium iron garnet films //J. Appl. Phys. – 1988. – Vol. 63, № 8. – P. 2751-2755. 13. Ostafіychuk B.K., Yaremіy І.P., Kravets V.І., Fe- dorіv V.D., Kotsyubinskiy V.O., Morushko O.V. Pro mozhlivіst odnoznachnogo viznachennya profіlіv zmіni mіzhploshchinnoї vіdstanі v pri- poverkhnevikh sharakh monokristalіv za danimi dvokristalnoї rentgenіvskoї difraktometrії// Fіzika і khіmіya tverdogo tіla. – 2002. – T 3, № 1. – S. 148-153. 14. Ostafiychuk B.K., Tkachuk V.M., Voronc- hak O.N., Yavorskiy B.I. O vozmozhnom me- khanizme amorfizatsii poverkhnosti ferrit-gra- natovykh plenok vsledstviye ionnoy implantatsii //Metallofizika i noveyshiye tekhnologii. – 1994. – T. 16, № 8. – S. 51-54. ФОРМУВАННЯ СТРУКТУРНОЇ НЕОДНОРІДНОСТІ ПРИПОВЕРХНЕВОГО ШАРУ ПЛІВОК ЗАЛІЗО-ІТРІЄВОГО ҐРАНАТУ ШЛЯХОМ ... ФІП ФИП PSE, 2011, т. 9, № 2, vol. 9, No. 2

Формування структурної неоднорідності приповерхневого шару плівок залізо-ітрієвого ґранату шляхом імплантації іонів Si⁺

Institution

Similar Items