Радиационное повреждение и графитизация алмаза при ионной имплантации

• Автор: Хмельницкий, Роман Абрамович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 97 с. : ил.

Введение. Общая характеристика проблемы. Цели работы
Глава 1. Литературный обзор
1.1. Природа радиационного повреждения алмаза при ионной имплантации и моделирование методом Монте-Карло
1.2. Результаты исследований комбинационного рассеяния
радиационно-поврежденных слоев в алмазе
1.3. Результаты исследований электрической проводимости ионно-имплантированного алмаза
1.4. Результаты исследований резерфордовского обратного рассеяния имплантированных слоев в алмазе
1.5. Микроструктура радиационно-поврежденных слоев в алмазе
1.6. Вспухание материала
Глава 2. Радиационное повреждение алмаза при ионной имплантации и графнтнзация
2.1. Экспериментальный подход
2.1.1. Образ1ы
2.1.2. Экспериментальные методики
2.2. Критерии оценки радиационного повреждения алмаза при ионной имплантации
2.3. Оптическое поглощение и вспухание алмаза при ионной
имплантации
2.3.1. Оптическое поглощение
2.3.2. Вспухание материала
2.3.3. Зависимость радиационного повреждения от дозы
имплантации
2.3.4. Зависимость радиационного повреждения от
температуры имплантации
2.4. Отжиг ионно-имплантированного алмаза
2.4.1. Трансформации радиационных дефектов при отжиге
2.4.2. Отжиг материала с радиационным повреждением выше критического и графитизация
2.4.3. Оптическая интерференция
2.4.4. Вспухание над графитизированным слоем
2.4.5. Графитизация поликристаллических пленок
2.4.6. Промежуточные выводы
Глава 3. Свойства и применение графитизированных слоев в алмазе
3.1. Эллипсометрическое исследование графитизированных слоев
3.1.1. Метод спектральной эллипсометрии
3.1.2. Результаты эллипсометрических измерений
3.1.3. Оптические свойства графитизированных слоев
3.2. Плотность графитизированного материала и его свойства
3.2.1. Плотность графитизированного материала
3.2.2. Электрические свойства графитизированного материала
3.2.3. Замечания о свойствах графитизированного материала
3.3. Применение графитизированных слоев
3.3.1. Термодатчик
3.3.2. Диод Шоттки
Глава 4. Особенности графитизации при имплантации изотопов водорода
4.1. Имплантация дейтерия
4.1.1 Отжиг ачмаза, имплантированного IX

4.1.2. Высокотемпературный отжиг и феномен островковой графитизации
4.2. Имплантация водорода
4.2.1. Графитизация и блистеринг
4.2.2. Высокотемпературный отжиг имплантированного
водородом алмаза
4.2.3. Изучение графитизированных островков
4.2.4. Поиск С-Н связей
4.2.5. Изучение пузырей
4.3. Сравнение результатов имплантации Не+, D+ и
Глава 5. Заключение
5.1. Направленность работы
5.2. Результаты (защищаемые положения)
5.2.1. Описание радиационного повреждения алмаза при ионной имплантации с помощью оптического пропускания и вспухания
5.2.2. Свойства графитизированиого материала
5.2.3. Особенности имплантации изотопов водорода
5.2.4. Блистеринг и изучение пузырей
5.3. Публикации
5.4. Благодарности
Библиография

Введение. Общая характеристика проблемы. Цели работы
В течение многих лет не ослабевает интерес к исследованиям радиационной стойкости и графитизации алмаза. В чем причина? Во-первых, алмаз в нормальных условиях является метастабильной фазой углерода и при радиационном повреждении может трансформироваться в более стабильную графитоподобную фазу. Исследование графитизации при радиационном повреждении может пролить свет на физику такого перехода. Во-вторых, к числу наиболее перспективных применений алмаза относятся датчики всех видов ионизирующих излучений и нужно знать механизмы повреждения таких датчиков [1]. В-третьих, до сих пор одним из наиболее эффективных методов модификации свойств алмаза является ионная имплантация [2]. С её помощью научились делать полупроводниковые слои p-типа хорошего качества и даже изготавливать кое-какие приборные структуры. После имплантации необходимо отжечь материал, чтобы устранить, насколько это возможно, радиационные повреждения. Метастабильность алмазной фазы накладывает ограничение на возможную температуру отжига. При температурах выше 1600 °С при низких давлениях начинается неоднородная графитизация поверхности алмаза. По этой причине полностью устранить все радиационные дефекты при отжиге не удается из-за высокой температуры Дебая алмаза (~ 2000 К [3, 4]). Остаточные дефекты влияют на электрические свойства имплантированного материала.
Заметное влияние на свойства алмаза оказывают примеси. Известно, что в природных кристаллах обнаруживаются практически все элементы таблицы Менделеева [5]. Однако растворимость большинства элементов в алмазе очень невелика и они присутствуют лишь в небольшой концентрации. Лишь два элемента могут содержаться в алмазе в больших концентрациях. Это азот и бор. Примесь бора придает алмазу голубой цвет и, занимая одиночное замещающее положение, является акцептором, обеспечивая свойства полупроводника p-типа. Такие кристаллы (по общепринятой классификации тип lib [6]) встречаются изредка в месторождениях Южной Африки или могут быть искусственно синтезированы. Азот является в алмазе основной примесью и оказывает преобладающее влияние на его свойства. Кристаллы с низким содержанием азота (менее 10iS см"3) классифицируются как Па, являются самыми чистыми и встречаются редко. Кристаллы, где азот занимает одиночное замещающее положение, классифицируются как 1Ь и встречаются среди природных очень редко. Зато синтетические алмазы почти все принадлежат к этому типу. В природных алмазах азот обычно образует комплексы (тип 1а). Чаще всего он встречается в виде двух (тип 1аА) или большого числа соседних замещающих атомов (тип ГаВ). Может он также образовывать и более сложные агрегаты вплоть до целых атомных плоскостей, так называемых platelets. Концентрация примесного азота в алмазе

I___I___I 1 ■-1 I_I I-1 1-1400 500 600 700 800 900 1000
Длина волны, нм
Длина волны, нм
Рис. 3.3. Спектры эллипсометрических величин образца, имплантированного ионами Не+ с энергией 350 кэВ и дозой 91016 см'2 и отожженного при 1600 °С: треугольники, кружки и квадратики для углов падения света 65,70 и 75° соответственно. Сплошные линии соответствуют модели, описанной ниже в тексте.