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陽電子消滅法を用いたイオンビーム照射による誘起構造の研究

Characterization of the ion-beam induced structure probed by a positron annihilation spectroscopy

前川 雅樹; 河裾 厚男; Tran Duy, T.*

Maekawa, Masaki; Kawasuso, Atsuo; Tran Duy, T.*

高ドーズのヘリウムイオン照射により、シリコン中に形成する照射欠陥及び照射誘起構造を、陽電子消滅法により観察した。ヘリウムバブルへの陽電子捕獲は現在でも確認されておらず、生成消滅機構と照射欠陥の関連はまだよくわかっていない。50$$sim$$200keVで段階的にエネルギーを調節したヘリウムイオン照射(照射ドーズ量: 2$$times$$10$$^{17}$$/cm$$^2$$,室温照射)を行い、消滅$$gamma$$線のピーク強度(Sパラメータ)の熱焼鈍挙動を測定した。300$$^{circ}$$Cの熱アニールではSパラメータが減少した。これは照射損傷がヘリウムで充填された原子空孔・集合体であることを示唆している。800$$^{circ}$$Cまでの熱アニールにおいてSパラメータは暫増し、900$$^{circ}$$Cでの熱アニールにおいてSパラメータが急増した。これはヘリウム充填欠陥の粗大化によるヘリウムバブル形成、及びその後のヘリウム散逸によるマイクロボイド形成を示唆している。$$gamma$$線エネルギー分布測定と第一原理計算によるバブル構造モデルとの比較により、陽電子は1nm程度のサイズの欠陥クラスターに36個のヘリウムが充填された欠陥構造で消滅していると推測される。

The irradiation defect and induced structure formed by helium ion irradiation into silicon were observed by the positron annihilation method. The positron trapping to the helium bubbles has not been confirmed. Helium ions were implanted to the silicon (irradiation dose: 2$$times$$10$$^{17}$$/cm$$^2$$ at room temperature) with the energy of 50-200 keV. The peak intensities of annihilation $$gamma$$ rays (S parameter) and its annealing behaviors were measured. S parameter decreased after 300$$^{circ}$$C annealing. This means that positrons are trapped to the irradiation defects filled up with the helium atoms. S parameter slightly increased with 800$$^{circ}$$C annealing and increased rapidly at 900$$^{circ}$$C. This is caused by the growth of helium bubbles and subsequent desorption of helium atoms. From the first principle calculation, positron trapping at the defect cluster of approximately 1nm filled up with 36 helium atoms is suggested.

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