Daño y redistribución de impurezas por bombardeo iónico

Abstract

Se han estudiado algunos aspectos del desplazamiento por colisión en sólidos sometidos al bombardeo de iones en el rango de energías medias, utilizando las técnicas de retrodispersiión de iones y de canalización. Se han considerado y estudiado experimentalmente, principalmente dos efectos, a saber: el de producción de defectos en la red y el de resdistribución espacial de los átomos d entro de la cascada de colisiones. Se realizó un estudio minucioso de producción de desorden en GaAs a 40ºK para varios iones y energías, que permitió aportar con conocimientos sobre los mecanismos de generación de daño desde los puntos de vista micro y macroscópicos. Loos resultados son discutidos en términos de cascadas de diferentes regímenes de densidad. Experimentos de recuperación térmica en sustratos parcialmente dañados revelaron que el recocido se inicia a ~ 100ºK y continúa monótamente hasta 300K resultando en recuperaciones fracciónales de hasta 75%. Se discute la implicancia de este efecto en la interpretación de datos publicados en el tema. Se describe un método directo desarrollado para la obtención de perfiles de daño a partir de mediciones de canalización- retrodispersión. Se estudió la redistribución espacial neta de átomos desplazados, en sustratos combinados del tipo impureza-matriz, y se hicieron comparaciones con las teorías existentes de mezcla por bombardeo iónico. El sistema AG-Si fué estudiado para un rango amplio de dosis de iones Ar+. Experimentos realizados en el rango de dosis bajas, permitieron luego hacer una correlación entre la eficiencia de redistribución y la magnitud de energía depositada en la interface 3, haciendo uso de un modelo simple de difusión efectiva. Se discute además las contribuciones del proceso de mezclado atómico en la observación experimental de implantación a dosis elevadas de Ge en Si.Some aspects of displacement collision in solids subjected to ion bombardment, in the medium keV region, have been studied using the Rutherford backcattering and channelling techniques. Two major effects have been considered and experimentally studied namely the production of lattice damage and the spatial redistribution of substrate atoms within the collision cascade. A comprehensive study of disorder production in GaAs was carried out at 40ºK for variety of ions and energies, and provided insight into the mechanisms of damage generation from both the microscopic and macroscopic points of view. The results are discussed in terms of different cascade densities regimes. Subsequent thermal recovery experiments on partially disordered layers revealed that annealing starts at ~ 100ºK and proceeds monotically up to 300ºK resulting in fractional damage recoveries as high as 75%. The implications of this effect in the interpretation of published data is discussed. A direct procedure for the extraction of damage profiles from backscattering-channeling data was developed and is presented here. The net depth redistribution of displacements was studied in combined impurity-matrix substrates, and compared with existing theories of ion beam mixing. The AG-Si system was studied for a wide range of fluence of bombarding Ar+ ions. A subsequent evaluation in the low dose regime, allowed us to correlate the mixing efficiency with the magnitud of the specific deposited energy at the mixing depth,by making use of a simple model of effective diffusion. The contribution of atomic mixing in the experimental observation of high fluence Ge implantation into Si is discussed here, and compared with an analytical model.