Вышедшие номера
Сценарии модификации поверхности германия вследствие распыления и распухания при низкоэнергетическом ионном облучении
РНФ, 25-29-00022
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.
  1. A. Patro, C.S. Rout, S. Dhal, S. Chatterjee. Nanotechnology, 36, 212001 (2025). DOI: 10.1088/1361-6528/adce12
  2. J.-C. Pivin. J. Mater. Sci., 18, 1267 (1983)
  3. M. Huff. Micromachines, 12, 991 (2021). DOI: 10.3390/mi12080991
  4. M.Y. Ali, W. Hung, F. Yongqi. Int. J. Precision Eng. Manufact., 11, 157 (2010). DOI: 10.1007/s1254-010-0019-y
  5. S.-Y. Wen, L. He, Y.-H. Zhu, J.-W. Luo. J. Appl. Phys., 133, 45703 (2023). DOI: 10.1063/5.0134924
  6. 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
  7. I.P. Jain, G. Agarwal. Surf. Sci. Reports, 66, 77 (2011). DOI: 10.1016/j.surfrep.2010.11.001
  8. M. Nastasi, J.W. Mayer, J.K. Hirvonen. Ion-solid interactions. Fundamentals and applications (Cambridge Univ. Press., Cambridge, 1996)
  9. Y. Zhang, W.J. Weber. Appl. Phys. Rev., 7, 41307 (2020). DOI: 10.1063/5.0027462
  10. 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
  11. 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)
  12. 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]
  13. A. Tolstoguzov, A.E. Ieshkin, I.N. Kultusurin, P. Mazarov. Results Surf. Interfaces, 19, 100491 (2025). DOI: 10.1016/j.rsurfi.2025.100491
  14. 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
  15. 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
  16. A.G. Hernandez, Y. Kudriavtsev. J. Vac. Sci. Technol. B, 34, 61805 (2016). DOI: 10.1116/1.4967697
  17. L. Bischoff, W. Pilz, B. Schmidt. Appl. Phys. A, 104, 1153 (2011). DOI: 10.1007/s00339-011-6396-y
  18. R. Bottger, K.-H. Heinig, L. Bischoff, B. Liedke, S. Facsko. Appl. Phys. A, 113, 53 (2013). DOI: 10.1007/s00339-013-7911-0
  19. R. Bottger, A. Keller, L. Bischoff, S. Facsko. Nanotechnology, 24, 115702 (2013). DOI: 10.1088/0957-4484/24/11/115702
  20. 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]
  21. 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
  22. 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
  23. 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).]
  24. 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
  25. B. Ziberi, F. Frost, B. Rauschenbach. J. Vac. Sci. Technol. B, 24, 1344 (2006). DOI: 10.1116/1.2188415
  26. M. Teichmann, J. Lorbeer, B. Ziberi, F. Frost, B. Rauschenbach. New J. Phys., 15, 102029 (2013). DOI: 10.1088/1367-2630/15/103/103029
  27. J.C. Kim, D.G. Cahill, R.S. Averback. Phys. Rev. B, 68, 94109 (2003). DOI: 10.1103/PhysRevB.68.094109
  28. J.C. Kim, D.G. Cahill, R.S. Averback. Surf. Sci., 574, 175 (2005). DOI: 10.1016/j.susc.2004.10.026
  29. 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
  30. X. Ou, A. Keller, M. Helm, J. Fassbender, S. Facsko. Phys. Rev. Lett., 111, 16101 (2013). DOI: 10.1103/PhysRevLett.111.016101
  31. S.A. Mollick, D. Ghose, P.D. Shipman, R.M. Bradley. Appl. Phys. Lett., 104, 43103 (2014). DOI: 10.1063/1.4863342
  32. N.G. Rudawski, K.S. Jones. J. Mater. Res., 28, 1633 (2013). DOI: 10.1557/jmr.2013.24
  33. I.H. Wilson. J. Appl. Phys., 53, 1698 (1982)
  34. O.W. Holland, B.R. Appleton, J. Narayan. J. Appl. Phys., 54, 2295 (1983)
  35. 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
  36. 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
  37. A. Claverie, S. Koffel, N. Cherkashin, G. Benassayag, P. Scheiblin. Thin Solid Films, 518, 2307 (2010). DOI: 10.1016/j.tsf.2009.09.162
  38. H.S. Alkhaldi, T.T. Tran, F. Kremer, J.S. Williams. J. Appl. Phys., 120, 215706 (2016). DOI: 10.1063/1.4969051
  39. 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
  40. 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
  41. L. Romano, G. Impellizzeri, L. Bosco, F. Ruffino, M. Miritello, M.G. Grimaldi. J. Appl. Phys., 111, 113515 (2012). DOI: 10.1063/1.4725427
  42. 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
  43. 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
  44. 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
  45. S. Rubanov, P.M. Munroe. Micron, 25, 549 (2004). DOI: 10.1016/j.micron.2004.03.004
  46. 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
  47. L. Fritzsche, A. Muecklich, S. Facsko. Appl. Phys. Lett., 100, 223108 (2012). DOI: 10.1063/1.4721662
  48. B. Kamaliy, R.G. Mote, M. Aslam, J. Fu. APL Mater., 6, 36106 (2018). DOI: 10.1063/1.5021735
  49. N. Oishi, F. Kogo, N. Nitta. Vacuum, 213, 112123 (2023). DOI: 10.1016/j.vacuum.2023.112123
  50. 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.