AMORPHIZATION AND STRESS IN ION-IMPLANTED CRYSTALLINE SOLIDS
D. Girdauskienė^a and I. Požėla^b
aDepartment of Physics, Lithuanian University of Agriculture, Universiteto 10, LT-4324 Kaunas, Lithuania
E-mail: daliag@info.lzua.lt
^bDepartment of Physics, Kaunas University of Technology, Studentų 50, LT-51424 Kaunas, Lithuania

Received 14 October 2003

Dedicated to the 100th anniversary of Professor K. Baršauskas

The model of amorphization of crystals induced by ion irradiation is considered. The model describes two stages of the amorphization, the generation of primary defects by collision cascades and the collapse of crystalline regions, which begins when the concentration of the primary defects reaches about 10%. Due to the colapse of crystalline regions, the total defect concentration increases up to about 80% for rather small increment of the fluence Φ. The defect concentration and the integral stress were calculated theoretically for the silicon samples subjected to irradiation with light, average, and heavy mass ions. The integral stress was analysed as the sum S = S_d + S_ion, where the S_d and S_ion terms correspond to the stresses due to point defects and implanted ions, respectively. At low fluences, Φ < Φ_a (where Φ_a is the characteristic amorphization fluence), the term S_d linearly depends on the fluence and essentially exceeds the stress due to implanted ions. The integral stress acquires a maximum value at Φ = Φ_a. At higher fluences, Φ > Φ_a, the term S_d considerably decreases and the S_ion term dominates the integral stress. In this Φ region, the stress saturates to the constant value, which is larger for the lighter ions and smaller for the heavier ones.

AMORFINIMASIS IR ĮTEMPIAI JONAIS ŠVITINAMUOSE KRISTALUOSE
D. Girdauskienė^a, I. Požėla^b
aLietuvos žemės ūkio universitetas, Kaunas, Lietuva
^bKauno technologijos universitetas, Kaunas, Lietuva

Pateiktas modelis, aprašantis joninio švitinimo sukeltą kristalinio bandinio amorfizaciją ir paskaičiuoti jos sukelti radiaciniai įtempiai. Modelis atitinka du gardelės amorfinimosi etapus: pirminių defektų (tarpmazgių, vakansijų, Frenkelio porų) kūrimą jonų arba atatrankos atomų dūžių santalkose ir kristalinių sričių gniuždymą (kolapsavimą). Gardelės gniuždymas pradeda reikštis, kai pirminių defektų koncentracija pasiekia ≈10%. Dėl to vyksmo siaurame apšvitų ruože defektų koncentracija padidėja iki ≈80%. Apskaičiuota koncentracija defektų, sukurtų švitinant silicį sunkiais (Xe), vidutinės masės (Ar, Ne) ir lengvais (He) jonais. Darbe taip pat analizuojami tų jonų silicyje sukurti integriniai įtempiai. Sukurti įtempiai yra gniuždantys ir lygūs S = S_d + S_ion. Įtempių sandas S_d sukurtas radiacinių taškinių defektų, S_ion – įterptų jonų. Esant mažoms apšvitoms, Φ < Φ_a (čia Φ < Φ_a – amorfinimosi apšvita), S_d sandas tiesiškai priklauso nuo apšvitos, o S_ion ≪ S_d. S_d yra didžiausias, jei Φ = Φ_a, o S_ion sandas vis dar nežymus. Toliau švitinant, Φ > Φ_a, dydis S_d relaksuoja į nulį, o dydis S_ion įsisotina. S_ion sandas didesnis lengvesniems jonams, mažesnis – sunkesniems.