Рентгенівська діагностика структури приповерхневих шарів іонно-імплантованих монокристалічних матеріалів

Автор(и)

  • Ivan Yaremiy Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника вул. Шевченка, 57, м. Івано-Франківськ, Україна, 76018, Україна https://orcid.org/0000-0002-8549-1173
  • Sofiya Yaremiy Івано-Франківський національний медичний університет вул. Галицька, 2, м. Івано-Франківськ, Україна, 76018, Україна https://orcid.org/0000-0001-6235-0370
  • Mariia Povkh Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника вул. Шевченка, 57, м. Івано-Франківськ, Україна, 76018, Україна https://orcid.org/0000-0002-3575-8917
  • Olesia Vlasii Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника вул. Шевченка, 57, м. Івано-Франківськ, Україна, 76018, Україна https://orcid.org/0000-0001-7310-9611
  • Vasyl Fedoriv Спільна науково-дослідна лабораторія магнітних плівок № 23 Інституту металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України та Прикарпатського національного університету імені Василя Стефаника бул. Академіка Вернадського, 36, м. Київ, Україна, 03142, Україна https://orcid.org/0000-0001-8858-6867
  • Anna Luсas Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника вул. Шевченка, 57, м. Івано-Франківськ, Україна, 76018, Україна https://orcid.org/0000-0003-4159-9200

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.151806

Ключові слова:

профіль деформації, дифракція рентгенівських променів, іонна імплантація, дефекти структури, статистична динамічна теорія розсіяння рентгенівських променів

Анотація

Розроблено методику отримання інформації про розподіл параметрів кристалічної структури по товщині приповерхневого іонно-імплантованого шару, типи та характеристики радіаційних дефектів (розмір, концентрацію та ін.). Встановлено вплив основних дифракційних параметрів на криві дифракційного відбивання, що дало можливість розробити алгоритм наближення експериментальних кривих дифракційного відбивання теоретично обчисленими. Показано, що при невеликих дозах імплантації на інтенсивність кривих дифракційного відбивання величина коефіцієнта екстинкції µds найбільше впливає за межами додаткової осциляційної структури, а величина статичного фактора Дебая-Валлера E – в межах останніх осциляцій додаткової осциляційної структури, які відповідають максимальній деформації. При цьому для характеристики дефектної системи необхідно аналізувати дифузну складову, використовуючи частину кривої дифракційного відбивання, яка розміщена за додатковою осциляційною структурою і в якій вклад когерентної складової є мінімальним. Методику апробовано при аналізі імплантованих іонами бору плівок залізо-ітрієвого гранату. Представлений підхід дає можливість отримати велику кількість інформації про структуру іонно-імплантованого шару, оскільки використовує статистичну динамічну теорію розсіяння рентгенівських променів, яка враховує наявність дефектів кристалічної структури будь-яких типів та розмірів. Також даний підхід дає можливість використовувати всю інформацію, яку несуть в собі криві дифракційного відбивання, та оцінити ступінь однозначності визначених параметрів

Біографії авторів

Ivan Yaremiy, Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника вул. Шевченка, 57, м. Івано-Франківськ, Україна, 76018

Доктор фізико-математичних наук, професор

Кафедра матеріалознавства і новітніх технологій

Sofiya Yaremiy, Івано-Франківський національний медичний університет вул. Галицька, 2, м. Івано-Франківськ, Україна, 76018

Кандидат фізико-математичних наук, асистент

Кафедра медичної інформатики, медичної і біологічної фізики

Mariia Povkh, Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника вул. Шевченка, 57, м. Івано-Франківськ, Україна, 76018

Аспірант

Кафедра матеріалознавства і новітніх технологій

Olesia Vlasii, Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника вул. Шевченка, 57, м. Івано-Франківськ, Україна, 76018

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра інформатики

Vasyl Fedoriv, Спільна науково-дослідна лабораторія магнітних плівок № 23 Інституту металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України та Прикарпатського національного університету імені Василя Стефаника бул. Академіка Вернадського, 36, м. Київ, Україна, 03142

Кандидат фізико-математичних наук, науковий співробітник

Anna Luсas, Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника вул. Шевченка, 57, м. Івано-Франківськ, Україна, 76018

Кандидат хімічних наук, доцент

Кафедра хімії середовища та хімічної освіти

Посилання

  1. Pietsch, U., Holy, V., Baumbach, T. (2004). High-Resolution X-Ray Scattering. From Thin Films to Lateral Nanostructures. New York: Springer, 408. doi: https://doi.org/10.1007/978-1-4757-4050-9
  2. Ion beam applications in surface and bulk modification of insulators (2008). International Atomic Energy Agency. Vienna.
  3. Koval'chuk, M. V., Kon, V. G., Lobanovich, E. F. (1985). Izmerenie malyh deformaciy v tonkih epitaksial'nyh plenkah kremniya metodom fotoelektronnoy emissii, vozbuzhdennoy stoyachey rentgenovskoy volnoy. Fizika tverdogo tela, 27 (11), 3379–3387.
  4. Speriosu, V. S., Wilts, C. H. (1982). Abstract: Comparison of magnetic and crystalline profiles in He+‐implanted Gd,Tm,Ga:YIG. Journal of Applied Physics, 53 (3), 2516–2516. doi: https://doi.org/10.1063/1.330855
  5. Kyutt, R. N., Petrashen, P. V., Sorokin, L. M. (1980). Strain profiles in ion-doped silicon obtained from X-ray rocking curves. Physica Status Solidi (a), 60 (2), 381–389. doi: https://doi.org/10.1002/pssa.2210600207
  6. Speriosu, V. S. (1981). Kinematical x‐ray diffraction in nonuniform crystalline films: Strain and damage distributions in ion‐implanted garnets. Journal of Applied Physics, 52 (10), 6094–6103. doi: https://doi.org/10.1063/1.328549
  7. Vartanyants, I. A., Kovalchuk, M. V. (2001). Theory and applications of x-ray standing waves in real crystals. Reports on Progress in Physics, 64 (9), 1009–1084. doi: https://doi.org/10.1088/0034-4885/64/9/201
  8. Punegov, V. I. (1996). Dlina korrelyacii v statisticheskoy teorii rentgenovskoy difrakcii na odnomerno iskazhennyh kristallah s defektami. I. Model' diskretno-sloistoy struktury. Kristallografiya, 41 (1), 23–30.
  9. Shreeman, P. K., Dunn, K. A., Novak, S. W., Matyi, R. J. (2013). Modified statistical dynamical diffraction theory: analysis of model SiGe heterostructures. Journal of Applied Crystallography, 46 (4), 912–918. doi: https://doi.org/10.1107/s0021889813011308
  10. Molodkin, V. B., Kovalchuk, M. V., Shpak, A. P. et. al. (2009). Diffuse Scattering and the Fundamental Properties of Materials. Momentum Press: New Jersey.
  11. Molodkin, V. B., Olikhovskii, S. I., Kislovskii, E. N., Fodchuk, I. M., Skakunova, E. S., Pervak, E. V., Molodkin, V. V. (2007). Dynamical theory of X-ray diffraction by multilayered structures with microdefects. Physica Status Solidi (a), 204 (8), 2606–2612. doi: https://doi.org/10.1002/pssa.200675686
  12. Lagomarsino, S., Giannini, C., Guagliardi, A., Cedola, A., Scarinci, F., Aruta, C. (2004). An automatic analysis of strain-depth profile in X-ray microdiffraction. Physica B: Condensed Matter, 353 (1-2), 104–110. doi: https://doi.org/10.1016/j.physb.2004.09.065
  13. Liubchenko, O. I. (2017). Modeling of X-ray rocking curves for layers after two-stage ion-implantation. Semiconductor Physics Quantum Electronics and Optoelectronics, 20 (3), 355–361. doi: https://doi.org/10.15407/spqeo20.03.355
  14. Lomov, A., Shcherbachev, K., Chesnokov, Y., Kiselev, D. (2017). The microstructure of Si surface layers after plasma-immersion He+ ion implantation and subsequent thermal annealing. Journal of Applied Crystallography, 50 (2), 539–546. doi: https://doi.org/10.1107/s1600576717003259
  15. Boulle, A., Debelle, A. (2010). Strain-profile determination in ion-implanted single crystals using generalized simulated annealing. Journal of Applied Crystallography, 43 (5), 1046–1052. doi: https://doi.org/10.1107/s0021889810030281
  16. Olikhovskii, S. I., Molodkin, V. B., Skakunova, O. S., Len, E. G., Kyslovskyy, Y. M., Vladimirova, T. P. et. al. (2017). Dynamical X-ray diffraction theory: Characterization of defects and strains in as-grown and ion-implanted garnet structures. Physica Status Solidi (b), 254 (7), 1600689. doi: https://doi.org/10.1002/pssb.201600689
  17. Ostafiychuk, B. K., Fedoriv, V. D., Yaremiy, I. P., Garpul, O. Z., Kurovets, V. V., Yaremiy, I. C. (2011). Implantation of single crystalline iron garnet thin films with He+, B+, and Si+ ions. Physica Status Solidi (a), 208 (9), 2108–2114. doi: https://doi.org/10.1002/pssa.201026749
  18. Ostafijchuk, B. K., Kravets, V. I., Pylypiv, V. M. et. al. (2007). Structural disordering of the near-surface layers of films of an iron-yttrium garnet under action of implantation of ions of an arsenium and annealing. Metallofizika i Noveishie Tekhnologii, 29 (9), 1199–1207.
  19. Fodchuk, I. M., Gutsuliak, I. I., Zaplitnyy, R. A., Yaremiy, I. (2013). The influence of high-dose irradiation by N+ ions on the Y2.95La0.05Fe5O12 crystal structure. Metallofizika i Noveishie Tekhnologii, 35 (7), 993–1004.
  20. Ostafiychuk, B. K., Yaremiy, I. P., Yaremiy, S. I., Fedoriv, V. D., Tomyn, U. O., Umantsiv, M. M. et. al. (2013). Modification of the crystal structure of gadolinium gallium garnet by helium ion irradiation. Crystallography Reports, 58 (7), 1017–1022. doi: https://doi.org/10.1134/s1063774513070122
  21. Yaremiy, I., Yaremiy, S., Fedoriv, V., Vlasii, O., Luсas, A. (2018). Developing and programming the algorithm of refinement of the crystal structure of materials with possible isomorphous substitution. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (5 (95)), 61–67. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.142752
  22. Ostafijchuk, B. K., Fedoriv, V. D., Yaremiy, S. I. et. al. (2008). Mechanisms of a defect formation at implantation of single crystals of a gadolinium-gallium garnet by B+ and He+ ions. Metallofizika i Noveishie Tekhnologii, 30 (9), 1215–1227.
  23. Fodchuk, I. M., Dovganiuk, V. V., Gutsuliak, I. I. et. al. (2013). X-Ray diffractometry of lanthanum-doped iron-Yttrium garnet structures after ion implantation. Metallofizika i Noveishie Tekhnologii, 35 (9), 1209–1222.

##submission.downloads##

Опубліковано

2018-12-19

Як цитувати

Yaremiy, I., Yaremiy, S., Povkh, M., Vlasii, O., Fedoriv, V., & Luсas A. (2018). Рентгенівська діагностика структури приповерхневих шарів іонно-імплантованих монокристалічних матеріалів. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6(12 (96), 50–57. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.151806

Номер

Том 6 № 12 (96) (2018): Матеріалознавство

Розділ

Матеріалознавство

Ліцензія

Авторське право (c) 2018 Ivan Yaremiy, Sofiya Yaremiy, Mariia Povkh, Olesia Vlasii, Vasyl Fedoriv, Anna Luсas

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.