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低速陽電子ビームを用いたイオンビーム誘起量子構造の研究

Characterization of defects by the Helium and Hydrogen implantation using a slow positron beam

前川 雅樹; 河裾 厚男; Tran, D. T.*

Maekawa, Masaki; Kawasuso, Atsuo; Tran, D. 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。特に、現在でも十分に確認されていないヘリウムバブルへの陽電子捕獲についての考察を行った。50$$sim$$200keVで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)したシリコン試料に対し、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ところ、照射後にはSパラメータの上昇がみられた。300$$^{circ}$$Cの熱アニールではSパラメータが減少した。これはイオン照射損傷の発生と、ヘリウムで充填された原子空孔・集合体への変化を示唆している。さらに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・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、ヘリウムバブルと思われる欠陥構造で消滅していると推測される。

The irradiation defect and induced structure which are 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$$sim$$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 rapidly at 900 $$^{circ}$$C. This caused by the growth of helium bubbles and subsequent desorption of helium atoms. From the comparison with the experimental result and first principle calculation, positrons are trapped at the defect cluster of approximately 1 nm filled up with 36 helium atoms, which is considered the helium bubble.

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