ФОРМИРОВАНИЕ ТРЕКОВ В НИТРИДЕ КРЕМНИЯ: МОДЕЛИРОВАНИЕ
DOI:
https://doi.org/10.52167/1609-1817-2022-123-4-520-528Ключевые слова:
нитрид кремния, облучение быстрыми тяжелыми ионами с энергиями осколков деления, треки, код Monte Carlo, молекулярная динамикаАннотация
В настоящей работе рассмотрены структурные изменения в нитриде кремния, облучаемом быстрыми тяжелыми ионами, исследованы с помощью комбинированной численной модели. Использованный подход состоит из Монте-Карло кода TREKIS и классической молекулярной динамики. Кинетика электронной подсистемы описывается с помощью Монте-Карло код TREKIS, а релаксация кристаллической решетки отслеживается методом молекулярной динамики. Достоверность данных о возбуждении электронной подсистемы с помощью TREKIS была осуществлена путем сравнения расчетных структурных повреждений, вызванных прохождением иона, с экспериментальными данными просвечивающей электронной микроскопии. Моделирование воздействия облучения быстрыми тяжелыми ионами на аморфный Si3N4 показывает, что релаксация поглощенной энергии приводит к образованию цилиндрической области (трека) с пониженной плотностью и диаметром около 3,5 нм, окруженной оболочкой с повышенная плотность. Рассчитанные размеры треков (диаметр) для ионов различных масс и энергий, определенные по ширине профиля плотности на половине высоты, аналогично экспериментальной методике, показали хорошее совпадение с данными просвечивающей электронной микроскопии. Изучение образования треков вблизи границы между кристаллитами с одинаковой структурой, но разной ориентацией в пространстве показало, что эта граничная область повреждается сильнее, чем окружающий материал.
Библиографические ссылки
[1] Komarov, Fadei F. "Defect and track formation in solids irradiated by superhigh-energy ions." Physics-Uspekhi 46.12 (2003): 1253.
[2] Komarov, Fadei F. "Nano-and microstructuring of solids by swift heavy ions." Physics-Uspekhi 60.5 (2017): 435.
[3] Wesch, Werner, and Elke Wendler. "Ion beam modification of solids." Series in Surf. Sci 61 (2016).
[4] Akilbekov, A., et al. "Ion track template technique for fabrication of ZnSe2O5 nanocrystals." Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms 476 (2020): 10-13.
[5] Kitayama, T., et al. "Formation of ion tracks in amorphous silicon nitride films with MeV C60 ions."Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms 356 (2015): 22-27.
[6] Chadderton, Lewis T. "Nuclear tracks in solids: registration physics and the compound spike."Radiation measurements 36.1-6 (2003): 13-34.
[7] Miterev, Anatolii M. "Theoretical aspects of the formation and evolution of charged particle tracks."Physics-Uspekhi 45.10 (2002): 1019.
[8] Terekhin, P. N., et al. "Effect of valence holes on swift heavy ion track formation in Al2O3."Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms 354 (2015): 200-204.
[9] Rymzhanov, R. A., N. A. Medvedev, and A. E. Volkov. "Effect of valence holes kinetics on material excitation in tracks of swift heavy ions." Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms 365 (2015): 462-467.
[10] Medvedev, N. A., et al. "Formation of the defect halo of swift heavy ion tracks in LiF due to spatial redistribution of valence holes."Physica status solidi (b) 250.4 (2013): 850-857.
[11] Medvedev, N. A., R. A. Rymzhanov, and A. E. Volkov. "Time-resolved electron kinetics in swift heavy ion irradiated solids."Journal of Physics D: Applied Physics 48.35 (2015): 355303.
[12] Rymzhanov, R. A., N. Medvedev, and A. E. Volkov. "Damage threshold and structure of swift heavy ion tracks in Al2O3."Journal of Physics D: Applied Physics 50.47 (2017): 475301.
[13] Ritchie, R. H., and A. Howie. "Electron excitation and the optical potential in electron microscopy." Philosophical Magazine 36.2 (1977): 463-481.
[14] Walsh, Phillip, et al. "Nanoindentation of silicon nitride: A multimillion-atom molecular dynamics study."Applied physics letters 82.1 (2003): 118-120.
[15] Van Hove, Léon. "Correlations in space and time and Born approximation scattering in systems of interacting particles."Physical Review 95.1 (1954): 249.
[16] Aspnes, D. E., and E. D. Palik. "Handbook of optical constants of solids."Academic, New York (1985): 89-112.
[17] Henke, Burton L., Eric M. Gullikson, and John C. Davis. "X-ray interactions: photoabsorption, scattering, transmission, and reflection at E= 50-30,000 eV, Z= 1-92."Atomic data and nuclear data tables 54.2 (1993): 181-342.
[18] Ziegler, J. F., and J. P. Biersack. "U. LITTMARK The stopping and range of ions in solids." The Stopping and Ranges of Ions in Matter (eds) JF Ziegler (New York: Pergamon) Vol 1 (1985).
[19] de Brito Mota, F., J. F. Justo, and A. Fazzio. "Structural properties of amorphous silicon nitride." Physical Review B 58.13 (1998): 8323.
[20] Vogelgesang [20] Misawa, M. "J. Non-Cryst. Solids 34 313 Crossref Google Scholar Aiyama T. et al. 1979." J. Non-Cryst. Solids 33 (1979): 131.
[21] van Vuuren, Arno Janse, et al. "Latent ion tracks in amorphous and radiation amorphized silicon nitride." Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms 473 (2020): 16-23.
[22] Rymzhanov, R. A., et al. "Modelling of track formation in nanocrystalline inclusions in Si3N4." Journal of Applied Physics 132.8 (2022): 085903.
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2022 Абдіраш Ақылбеков, Айнаш Жумажанова, Алма Даулетбекова
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial-NoDerivatives» («Атрибуция — Некоммерческое использование — Без производных произведений») 4.0 Всемирная.
