Сценарии модификации поверхности германия вследствие распыления и распухания при низкоэнергетическом ионном облучении
Степанов А.Л.1, Рогов А.М.1, Сотникова В.Ф.1, Валеев В.Ф.1, Нуждин В.И.1, Коновалов Д.А.1
1Казанский физико-технический институт им. Е.К. Завойского Федеральный исследовательский центр "Казанский научный центр РАН", Казань, Россия
Email: aanstep@gmail.com
Поступила в редакцию: 2 сентября 2025 г.
В окончательной редакции: 28 января 2026 г.
Принята к печати: 30 января 2026 г.
Выставление онлайн: 29 апреля 2026 г.
Исследовано формирование тонких поверхностных слоев нанопористого Ge при облучении гладких монокристаллических подложек c-Ge при комнатной температуре однозарядными 209Bi+ и двухзарядными 209Bi++ ионами с различными значениями энергий облучения 18 и 72 keV, соответственно. Доза облучения варьировалась от 1.3·1015 до 1.3·1017 ion/cm2. Анализ морфологии поверхности нанопористых слоев для различных значений доз выполнен методом высокоразрешающей сканирующей электронной микроскопии. Измерение изменяющегося уровня поверхности после облучения было проведено на сканирующем зондовом микроскопе. Установлено, что при энергии 18 keV в процессе ионного распыления образуется нанопористый слой, состоящий из плотноупакованных нанонитей, при этом происходит понижение уровня поверхности до 200 nm при 1.0·1017 ion/cm2. При более высокой энергии 72 keV формируется распухаемый нанопористый слой, возвышающийся над исходным уровнем поверхности на 100 nm при 6.2·1015 ion/cm2, морфология которого определяется тонкими разнесенными между собой нанонитями. Обсуждаются концептуальные сценарии взаимодействия ускоренных ионов с поверхностью c-Ge, определяющие характер преобразования морфологии и уровня облучаемой поверхности с ростом дозы. Ключевые слова: ионная имплантация, нанопористый германий, ионы висмута, морфология поверхности, распыление, распухание.
- A. Patro, C.S. Rout, S. Dhal, S. Chatterjee. Nanotechnology, 36, 212001 (2025). DOI: 10.1088/1361-6528/adce12
- J.-C. Pivin. J. Mater. Sci., 18, 1267 (1983)
- M. Huff. Micromachines, 12, 991 (2021). DOI: 10.3390/mi12080991
- M.Y. Ali, W. Hung, F. Yongqi. Int. J. Precision Eng. Manufact., 11, 157 (2010). DOI: 10.1007/s1254-010-0019-y
- S.-Y. Wen, L. He, Y.-H. Zhu, J.-W. Luo. J. Appl. Phys., 133, 45703 (2023). DOI: 10.1063/5.0134924
- K. Shekhawat, D. Negi, R. Shyam, P. Prajapat, G. Gupta, F. Singh, D. Devi, S. Ojhe, M. Gupta, S.R. Nelamarri. Physica B: Condens. Matter, 679, 415547 (2024). DOI: 10.1016/j.physb.2023.415547
- I.P. Jain, G. Agarwal. Surf. Sci. Reports, 66, 77 (2011). DOI: 10.1016/j.surfrep.2010.11.001
- M. Nastasi, J.W. Mayer, J.K. Hirvonen. Ion-solid interactions. Fundamentals and applications (Cambridge Univ. Press., Cambridge, 1996)
- Y. Zhang, W.J. Weber. Appl. Phys. Rev., 7, 41307 (2020). DOI: 10.1063/5.0027462
- Y. Kudriavtsev, R. Asomoza, A. Hernandez, D.Y. Kazantsev, B.Y. Ber, A.N. Gorokhov. J. Vac. Sci. Technol. A, 38, 53203 (2020). DOI: 10.1116/6.0000262
- А.Л. Степанов, В.И. Нуждин, А.М. Рогов, В.В. Воробьев. Формирование слоев пористого кремния и германия с металлическими наночастицами (ФИЦ КазНЦ РАН, Казань, 2019)
- А.Б. Толстогузов, П.А. Мажаров, А.Е. Иешкин, F. Meyer, D.J. Fu. Письма в ЖТФ, 48, 20 (2022). DOI: 10.21883/PJTF.2022.03.52875.10071 [A. Tolstoguzov, P. Mazarov, A.E. Ieshkin, F. Meyer, D.J. Fu. Tech. Phys. Lett., 48, 18 (2022). DOI: 10.21883/TPL.2022.03.52875.10071]
- A. Tolstoguzov, A.E. Ieshkin, I.N. Kultusurin, P. Mazarov. Results Surf. Interfaces, 19, 100491 (2025). DOI: 10.1016/j.rsurfi.2025.100491
- Y. Kudriavtsev, A.G. Hernandez, J.J. Diaz, M. Avendano, G. Ramirez, R. Asomoza. J. Mater. Sci: Mater Electron, 35, 671 (2024). DOI: 10.1007/s10854-024-122432-8
- N. Cassidy, P. Blenkinsopp, I. Brown, R.J. Curry, B.N. Murdin, R. Webb, D. Cox. Phys. Status Solidi A, 218, 2000237 (2021). DOI: 10.1002/pssa.202000237
- A.G. Hernandez, Y. Kudriavtsev. J. Vac. Sci. Technol. B, 34, 61805 (2016). DOI: 10.1116/1.4967697
- L. Bischoff, W. Pilz, B. Schmidt. Appl. Phys. A, 104, 1153 (2011). DOI: 10.1007/s00339-011-6396-y
- R. Bottger, K.-H. Heinig, L. Bischoff, B. Liedke, S. Facsko. Appl. Phys. A, 113, 53 (2013). DOI: 10.1007/s00339-013-7911-0
- R. Bottger, A. Keller, L. Bischoff, S. Facsko. Nanotechnology, 24, 115702 (2013). DOI: 10.1088/0957-4484/24/11/115702
- Т.П. Гаврилова, В.Ф. Валеев, В.И. Нуждин, А.М. Рогов, Д.А. Коновалов, С.М. Хантимеров, А.Л. Степанов. ЖТФ, 94 (4), 613 (2024). DOI: 10.61011/JTF.2024.04.57532.276-23 [T.P. Gavrilova, V.F. Valeev, V.I. Nuzhdin, A.M. Rogov, D.A. Konovalov, S.M. Khantimerov, A.L. Stepanov. Tech. Phys., 69 (4), 578 (2024). DOI: 10.61011/JTF.2024.04.57532.276-23]
- H.R. Sully, K. Tabatabaei, K. Hellier, K.A. Newton, Z. Ju, L. Knudson, S. Zargar, M. Wang, S.M. Kauzlaich, F. Bridges, S.A. Carter. ACS Appl. Nano Mater., 3, 5410 (2020). DOI: 10.1021/acsanm.0c00709
- A.L. Stepanov, V.A. Zhikharev, D.E. Hole, P.D. Townsend. Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. B, 166, 26 (2000). DOI: 10.1016/S0168-583X(99)00641-2
- М.А. Смирнова, К.Н. Лобзов, В.И. Бачурин, Л.А. Мазалецкий, Д.Э. Пухов, А.Б. Чурилов. Письма в ЖТФ, 50 (22), 21 (2024). DOI: 10.61011/PJTF.2024.22.59130.19975 [M.A. Smirnova, K.N. Lobzov, V.I. Bachurin, L.A. Mazaletsky, D.E. Pukhov, A.B. Churilov. Phys. Tech. Lett., 50 (11), 73 (2024).]
- D.J. Erb, D.A. Pearson, T. Skeren, M. Engler, R.M. Bradley, S. Facsko. Phys. Rev. B, 109, 45439 (2024). DOI: 10.1103/PhysRevB.109.045439
- B. Ziberi, F. Frost, B. Rauschenbach. J. Vac. Sci. Technol. B, 24, 1344 (2006). DOI: 10.1116/1.2188415
- M. Teichmann, J. Lorbeer, B. Ziberi, F. Frost, B. Rauschenbach. New J. Phys., 15, 102029 (2013). DOI: 10.1088/1367-2630/15/103/103029
- J.C. Kim, D.G. Cahill, R.S. Averback. Phys. Rev. B, 68, 94109 (2003). DOI: 10.1103/PhysRevB.68.094109
- J.C. Kim, D.G. Cahill, R.S. Averback. Surf. Sci., 574, 175 (2005). DOI: 10.1016/j.susc.2004.10.026
- P. Bellon, S.J. Chey, J.E. von Nostrand, M. Ghaly, D.G. Cahill, R.S. Averback. Surf. Sci., 339, 135 (1995). DOI: 10.1016/0039-6028(95)00656-7
- X. Ou, A. Keller, M. Helm, J. Fassbender, S. Facsko. Phys. Rev. Lett., 111, 16101 (2013). DOI: 10.1103/PhysRevLett.111.016101
- S.A. Mollick, D. Ghose, P.D. Shipman, R.M. Bradley. Appl. Phys. Lett., 104, 43103 (2014). DOI: 10.1063/1.4863342
- N.G. Rudawski, K.S. Jones. J. Mater. Res., 28, 1633 (2013). DOI: 10.1557/jmr.2013.24
- I.H. Wilson. J. Appl. Phys., 53, 1698 (1982)
- O.W. Holland, B.R. Appleton, J. Narayan. J. Appl. Phys., 54, 2295 (1983)
- B.L. Darby, B.R. Yates, N.G. Rudawski, K.S. Jones, A. Kontos, R.G. Elliman. Thin Solid Films, 519, 5962 (2011). DOI: 10.1016/j.tsf.2011.03.040
- L. Romano, G. Impellizzeri, M.V. Tomasello, F. Giannazzo, C. Spinella, M.G. Grimaldi. J. Appl. Phys., 107, 84314 (2010). DOI: 10.1063/1.3372757
- A. Claverie, S. Koffel, N. Cherkashin, G. Benassayag, P. Scheiblin. Thin Solid Films, 518, 2307 (2010). DOI: 10.1016/j.tsf.2009.09.162
- H.S. Alkhaldi, T.T. Tran, F. Kremer, J.S. Williams. J. Appl. Phys., 120, 215706 (2016). DOI: 10.1063/1.4969051
- H.S. Alkhaldi, F. Kremer, T. Bierschenk, J.L. Hansen, A. Nylandsted-Larsen, J.S. Williams, M.C. Ridgway. J. Appl. Phys., 119, 94303 (2016). DOI: 10.1063/1.4942995
- H.S. Alkhaldi, F. Kremer, P. Mota-Santiago, A. Nadzri, D. Schauries, N. Kirby, M.C. Ridgway, P. Kluth. J. Appl. Phys., 121, 115705 (2017). DOI: 10.1063/1.4978592
- L. Romano, G. Impellizzeri, L. Bosco, F. Ruffino, M. Miritello, M.G. Grimaldi. J. Appl. Phys., 111, 113515 (2012). DOI: 10.1063/1.4725427
- R.J. Kaiser, S. Koffel, P. Pichler, A.J. Bauer, B. Amon, A. Claverie, G. Benassayag, P. Scheiblin, L. Frey, H. Ryssel. Thin Solid Films, 518, 2323 (2010). DOI: 10.1016/j.tsf.2009.09.138
- A.M. Rogov, A.I. Gumarov, L.R. Tagirov, A.L. Stepanov. Composit. Comm., 16, 57 (2019). DOI: 10.1016/j.coco.2019.08.013
- A.L. Stepanov, S.M. Khantimerov. Ion beam implantation technology for production of thin nanoporous Ge layers for Li-ion batteries, in: Handbook of energy materials, ed. R. Gupta (Springer Nature, Singapore Ltd, 2022). DOI: 10.1007/978-981-16-4480-1_64-1
- S. Rubanov, P.M. Munroe. Micron, 25, 549 (2004). DOI: 10.1016/j.micron.2004.03.004
- J. Yanagisawa, K. Takarabe, K. Ogushi, K. Gamo, Y. Akasaka. J. Phys.: Condens. Matter, 19, 445002 (2007). DOI: 10.1088/09553-8984/19/44/445002
- L. Fritzsche, A. Muecklich, S. Facsko. Appl. Phys. Lett., 100, 223108 (2012). DOI: 10.1063/1.4721662
- B. Kamaliy, R.G. Mote, M. Aslam, J. Fu. APL Mater., 6, 36106 (2018). DOI: 10.1063/1.5021735
- N. Oishi, F. Kogo, N. Nitta. Vacuum, 213, 112123 (2023). DOI: 10.1016/j.vacuum.2023.112123
- M.A. Smirnova, V.I. Bachurin, D.E. Pukhov, L.A. Mazaletsky, M.E. Lebedev, A.B. Churilov. St.Petersburg Polytech. Univ. J. Phys. Mathem., 16, 21 (2023). DOI: 10.18721/JPM.163.103
Подсчитывается количество просмотров абстрактов ("html" на диаграммах) и полных версий статей ("pdf"). Просмотры с одинаковых IP-адресов засчитываются, если происходят с интервалом не менее 2-х часов.
Дата начала обработки статистических данных - 27 января 2016 г.