HRXRD study of ZnO single crystals bombarded with Ar ions

• Autorzy: Wójcik M. , Gaca J. , Caban P. , Turos A.

Warianty tytułu

PL

Badanie metodami wysokorozdzielczej dyfraktometrii rentgenowskiej monokryształów ZnO bombardowanych jonami Ar

• Języki publikacji: EN PL

Abstrakty

EN

High resolution X-ray diffraction methods (HRXRD) were used to study the tetragonalization of a unit cell in a zinc oxide single crystal resulting from the Ar-ion bombardment. Bulk ZnO (00∙1) single crystals were bombarded with ions with the energy of 300 keV and a dose range between 1 x 10¹⁴ cm^-2 and 4 x 10¹⁶ cm^-2. Diffraction profiles, obtained by radial 2Theta/Omega scans in the vicinity of the 00∙4 ZnO reciprocal space node were measured and fitted to the curves calculated by means of a computer program based on the Darwin’s dynamical theory of X-ray diffraction. On the basis of these numerical simulations, the profile of the interplanar spacing between planes perpendicular to the c axis of the ZnO single crystal were determined as a function of the Ar ion dose. It was found that positive deformation parallel to the c-axis appeared for the low doses in the bombarded crystal volume. When the dose is increased this deformation gets ronounced, and after reaching a certain critical value, it becomes saturated. This observation leads to the conclusion that the plastic deformation appears in the implanted volume of the crystal.

PL

Za pomocą wysokorozdzielczej dyfraktometrii rentgenowskiej (HRXRD) badano tetragonalizację komórki elementarnej monokryształu tlenku cynku powstałą pod wpływem bombardowania jonami Ar. Objętościowe monokryształy ZnO o orientacji (00∙1) były bombardowane jonami o energii 300 keV, w przedziale dawek od 1 x 10¹⁴ cm^-2 do 4 x 10¹⁶ cm^-2. Zarejestrowano profile dyfrakcyjne otrzymane metodą radialnego skanowania 2Teta/Omega, w otoczeniu węzła 00∙4, sieci odwrotnej ZnO i w oparciu o założenia dynamicznej teorii dyfrakcji promieniowania rentgenowskiego w ujęciu Darwina, wykonano ich symulacje numeryczne. Na tej podstawie określono, w zależności od dawki, profil zmiany odległości płaszczyzn prostopadłych do osi c monokryształu ZnO. Stwierdzono, że dla niskich dawek, w ściśle określonej objętości kryształu, powstaje dodatnie odkształcenie równoległe do osi c, wraz ze wzrostem dawki jonów to odkształcenie wzrasta, a po osiągnięciu pewnej krytycznej wartości ulega nasyceniu. To prowadzi do wniosku, że w implantowanej objętości kryształu powstaje wówczas odkształcenie plastyczne.

Słowa kluczowe

EN

HRXRD; ZnO monocrystal; ion implantation; radiation defect analysis

PL

wysokorozdzielcza dyfrakcja rentgenowska; monokryształ ZnO; implantacja jonów; analiza defektów radiacyjnych

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych
• Czasopismo: Materiały Elektroniczne
• Rocznik: 2016
• Tom: T. 44, nr 3
• Strony: 9--16
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Wójcik M.

• Institute of Electronic Materials Technology 133 Wólczynska Str., 01-919 Warsaw, Poland

autor

Gaca J.

• Institute of Electronic Materials Technology 133 Wólczynska Str., 01-919 Warsaw, Poland

autor

Caban P.

• Institute of Electronic Materials Technology 133 Wólczynska Str., 01-919 Warsaw, Poland

autor

Turos A.

• Institute of Electronic Materials Technology 133 Wólczynska Str., 01-919 Warsaw, Poland

Bibliografia

• [1] Özgür Ü., Alivov Y. I., Liu C., Teke A., Reshchikov M. A., Doğan S., Avrutin V., Cho S. J., Morkoç H.: A comprehensive review of ZnO materials and devices, J. Appl. Phys., 2005, 98, 041301
• [2] Kucheyev S. O., Williams J. S., Jagadish C., Zou J., Evans C., Nelson A. J., Hamza A. V.: Ion-beam--produced structural defects in ZnO, Phys. Rev. B, 2003, 67, 094115
• [3] Wendler E., Bilani O., Gärtner K., Wesch W., Hayes., Auret F. D., Lorenz K., Alves E.: Radiation damage in ZnO ion implanted at 15 K, Nucl. Instr. Meth., 2009, B267, 2708 – 2711
• [4] Azarov A. Y., Hallen A., Du X. L., Rauwel P., Kuznetsov A.Y., Svenson B. G.: Effect of implanted species on thermal evolution of ion-induced defects in ZnO, J. Appl. Phys., 2014, 115, 073512.
• [5] Turos A.: On the mechanism of damage buildup in gallium oxide, Radiation Effects & Defects in Solids, 2013, 168, 431
• [6] Wojcik M., Gaca J., Wierzbicka E., Turos A., Strupiński W., Caban P., Sathish N., Pągowska K.: Lattice strain study In implanted GaN epitaxial layer deposited by means of MOCVD technique on [001] oriented sapphire substrate, Electronic Materials, 2011, 39, 4, 22 – 31
• [7] Jagielski J., Jozwik P., Jozwik-Biala I., Kovarik L., Arey B., Gaca J., Jiang W.: RBS/C, HRTEM and HRXRD study of damage accumulation in irradiated SrTiO3, Radiation Effects & Defects in Solids, 2013, 6, 168, 442 – 449
• [8] Durbin S. M., Follis G. C.: Darwin theory of heterostructure diffraction. Phys. Rev. B, 1995, 51, 10127 – 10133
• [9] James R. W.: The optical principles of the diffraction of X-rays, Vol. 2, G. Bell And Sons Limited, 1962, London
• [10] Gaca J., Wójcik M., Bugajski M., Kosiel K.: The determination of the chemical composition profile of the GaAs/AlGaAs heterostructures designed for quantum cascade lasers by means of synchrotron radiation, Radiation Physics and Chemistry, 2011, 80, 1112 – 1118
• [11] Dygo A., Turos A.: Surface studies of AIIIBV compound semiconductors by ion channeling, Phys. Rev. B, 1989, 40, 7704
• [12] Nowicki L., Turos A., Ratajczak R., Stonert A., Garrido F.: Modern analysis of ion channeling data by Monte Carlo simulations, Nucl. Instr. and Meth. B, 2005, 240, 277
• [13] Turos A., Jozwik P., Nowicki L., Sathish N.: Ion channeling study of defects in compound crystalsusing Monte Carlo simulations, Nucl. Instr. and Meth. B, 2014, 332, 50
• [14] Ratajczak R., Turos A., Stonert A., Nowicki L., Strupinski W.: Defect transformations in ion bombarded InGaAsP, Acta Phys. Polonica A, 2011, 120 (1), 136
• [15] Pagowska K., Ratajczak R., Stonert A., Nowicki L., Turos A.: Compositional dependence of damage buildup in Ar-ion bombarded AlGaN, Vacuum, 2009, 83, S145 – S147
• [16] Guziewicz E., Kowalik A., Godlewski M., Kopalko K., Osinniy V., Wójcik A., Yatsunenko S., Łusakowska E., Paszkowicz W., Guziewicz M. et al.: Extremely low temperature growth of ZnO by atomic layer deposition, J. Appl. Phys., 2008, 103, 3, 033515
• [17] Turos A., Gaca J., Wojcik M., Nowicki L., Ratajczak R., Groetzschel R., Eichhorn F., Schell N.: Virtues and pitfalls in structural analysis of compound semiconductors by the complementary use of RBS/channeling and high resolution X-ray diffraction, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 2004, 219 – 220, 618 – 625
• [18] Devaraju G., Dhamodaran S., Pathak A. P., Saravanan S. G., Gaca J., Wojcik M., Turos A., Khan S. A., Avasthi D. K., Arora B. M.: Ion beam modification of strained InGaAs/InP characterized by HRXRD, PL and AFM, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 2008, 266, 3552 – 355
• [19] Eichhorn F., Gaca J., Heera V., Schell N., Turos A., Weishart H., Wojcik M.: Structural studies on ion-implanted semiconductors using X-ray synchrotron radiation:Strain evolution and growth of nanocrystals, Vacuum, 2005, 78, 303 – 309