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Surface amorphization in Al$$_{2}$$O$$_{3}$$ induced by swift heavy ion irradiation

高エネルギー重イオン照射によるAl$$_{2}$$O$$_{3}$$表面の非晶質化挙動

大久保 成彰; 石川 法人; 左高 正雄; 實川 資朗

Okubo, Nariaki; Ishikawa, Norito; Sataka, Masao; Jitsukawa, Shiro

高エネルギーキセノンイオン(70-160MeV)を照射した単結晶アルミナ試料における微細組織変化を透過型電子顕微鏡(TEM)により調べた。その結果、2.0$$times$$10$$^{14}$$ ions/cm$$^{2}$$以上の照射線量で、表面から約800nm付近まで非晶質化していることが明らかになった。また、照射線量による非晶質化の過程をX線回折により調べ、TEMの結果と比較した。TEMにより、非晶質と単結晶領域の境界に、明瞭かつ複数のイオントラック(高エネルギーイオンが通過した飛跡)がイオン入射方向と平行に観察された。イオントラックの数密度及びサイズ(径)は、入射表面からの深さとともに減少していくと考えられる。これは、非晶質化がイオントラック(非晶質か否かまだ明らかになってないが)の重畳により生じていることを示している。また、非晶質化の深さが、同程度の電子的エネルギー付与を受けた多結晶アルミナに比べて、約半分であった。これは、電子的なエネルギー付与に起因する非晶質化等の構造変化の及ぼす範囲には、平均自由行程が存在することを示唆している。

Microstructure in single crystal Al$$_{2}$$O$$_{3}$$ specimens developed during irradiation by 70-160 MeV-Xe ions has been examined with transmission electron microscope (TEM). Amorphization was observed around 800 nm depth through from ion-beam incident surface of the specimen. The amorphization was also evaluated with XRD technique. TEM observation also indicated that tracks were formed by irradiation at the deeper region than that of the amorphous layers. The number density and size of the tracks have been decreased with the depth from the ion-incident surface. It suggests that amorphization has been occurred by the overlapping of the tracks. It was also obvious that the thickness of the amorphous layers were smaller than those observed in poly-crystal alumina specimens. This may be interpreted by the difference of electronic energy loss in the specimen; lower energy loss for single crystal specimens for their crystallographic orientation against to the incident ion-beam.

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