Кинетика формирования динамически устойчивых наноструктур при имплантации кварцевого стекла тяжелыми ионами с учетом дрейфа имплантированной массы

28.03.2016 2016 - №02 Материалы и ядерная энергетика

О.А. Плаксин

https://doi.org/10.26583/npe.2016.2.02

Поиск и исследование структур, устойчивых к облучению, относятся к важным задачам радиационного материаловедения, включая проблемы радиационной стойкости конструкционных материалов и материалов диагностических систем ядерной энергетики.

Оптические измерения в процессе имплантации тяжелых ионов в диэлектрики позволяют обнаруживать состояния структуры, динамически устойчивые во время облучения.

В работе проведен анализ кинетики формирования динамически устойчивых наноструктур при имплантации кварцевого стекла ионами Au^– и Cu^– с энергией 60 кэВ в рамках одномерной модели эволюции распределения имплантированных атомов по глубине, учитывающей распыление поверхности имплантированного слоя, производство и диффузию имплантированной массы.

Предложены способы оценки вкладов этих процессов в кинетику с использованием экспериментальных данных по распылению, изменению оптических свойств и изображений структуры.

В первой части исследований [1] было установлено, что распыление поверхности доминирует в кинетике насыщения при имплантации кварцевого стекла ионами Au^–.

В данной работе показано, что формирование динамически устойчивых структур при имплантации ионов Cu^– контролируется дрейфом имплантированной массы, а также продемонстрирован механизм формирования обедненной зоны в динамически устойчивой структуре.

Ссылки

1. Плаксин О.А. Кинетика формирования динамически устойчивых наноструктур при имплантации кварцевого стекла тяжелыми ионами с учетом распыления и диффузии. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2016. – № 1. – С. 21-29.
2. Plaksin O.A., Takeda Y., Amekura H., Kishimoto N. Electronic excitation and optical responses of metalnanoparticle composites under heavyion implantation // Journal of Applied Physics. – 2006. – Vol. 99. – PP. 044307-1-10.
3. Hughes R.C. Charge-carrier transport phenomena in amorphous SiO2: Direct measurement of the drift mobility and lifetime // Physical Review Letters. – 1975. – Vol. 30. – PP. 1333-1336.
4. Plaksin O.A., Stepanov V.A., Stepanov P.A., Demenkov P.V., Chernov V.M., Krutskikh A.O. Optical and electrical phenomena in dielectric materials under irradiation // Nuclear Instruments and Methods. – 2002. – Vol. B193. – No 1-4. – PP. 265-270.
5. Amekura H., Plaksin O.A., Kishimoto N. Internal electric field and Cu nanoparticle formation in silica glasses under high-flux 60 keV ion implantation // Japanese Journal of Applied Physics. – 2001. – Vol. 40. – PP. 1091-1093.
6. McBrayer J.D., Swanson R.M., Sigmon T.W. Diffusion of metals in silicon dioxide // Journal of Electrochemical Society. – 1986. – Vol. 133. – PP. 1242-1246.
7. Plaksin O. A., Takeda Y., Amekura H., Kishimoto N. Radiation-induced differential optical absorption of metal nanoparticles // Applied Physics Letters. – 2006. – Vol. 88. – PP.201915-1-3.
8. Plaksin O.A., Takeda Y., Umeda N., Kono K., Amekura H., Kishimoto N. Ion-induced optical response of nanocomposites in sapphire // Nuclear Instruments and Methods B. – 2006. – Vol.242. – PP. 118-120.
9. Plaksin O.A. Electronic excitation and optical responses of metal-nanocluster composites under heavy-ion implantation // Optics and Spectroscopy. – 2006. – Vol. 101/6. – PP.972-984 (in Russian).
10. Plaksin O.A., Takeda Y., Amekura H., Kono K., Kishimoto N. Stability of metal nanocomposites under heavy-ion bombardment of insulators // Nuclear Instruments and Methods B. – 2006. – Vol. 250. – PP. 220-224.
11. Plaksin O.A. Dynamic stability of metal-nanoparticle composites in dielectrics under heavy ion bombardment // Perspektivnye materialy. – 2006. – №5. – PP.26-30 (in Russian).
12. Plaksin O.A. Methods of Radiation Photonics // Journal funktsionalnykh materialov. – 2007. – Т. 1/3. – PP. 82-92 (In Russian).
13. Plaksin O.A., Kono K., Takeda Y., Plaksin S.O., Shur V.Ya., Kishimoto N. Dynamic stability of metal-nanocluster composites based on LiNbO3 under heavy-ion bombardment // Ferroelectrics. – 2008. – Vol. 373. – PP.127-132.
14. Plaksin O.A., Takeda Y., Kono K., Amekura H., Kishimoto N. Radiation photonics: A case of metal-nanoparticle composites // Journal of Nonlinear Optical Physics and Materials. – 2010. – Vol.19/4. – PP.737-744.
15. Plaksin O.A., Stepanov V.A., Shikama T., Takeda Y., Kishimoto N. Optical diagnostics of collective and non-linear effects in insulators during intense irradiation // Journal of Nuclear Materials. – 2011. – Vol. 417. – PP.806-809.
16. Kishimoto N., Takeda Y., Umeda N., Lee C.G., Amekura H., Lay T.T., Okubo N., Gritsyna V.T. Metal nanoparticle structures controlled with ion-induced kinetics // Proceedings of the 5th International Symposium on Advanced Physical Fields. – National Institute for Materials Science, Tsukuba, Japan, March 6-9, 2000.- PP. 123-156.

имплантация тяжелых ионов радиционно-индуцированные процессы наноструктуры устойчивость при облучении

Ссылка для цитирования статьи: Плаксин О.А. Кинетика формирования динамически устойчивых наноструктур при имплантации кварцевого стекла тяжелыми ионами с учетом дрейфа имплантированной массы. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2016. – № 2. – С. 17-25. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2016.2.02 .