Lab eksperimenter med pulserede ionstråler afslører strålingsskadeprocesser i silicium

Materialeforskere ved Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) har brugt en ny pulseret ion-strålemetode til at identificere mekanismer for dannelse af strålingsdefekter i silicium.

Forskningen kan have konsekvenser for forbedringer i moderne elektronikydelse.

At forstå strålingsfejl i krystaller har været en stor materialefysisk udfordring i årtier. Stabil defektdannelse involverer ofte dynamiske migrationsprocesser og interaktion mellem punktdefekter genereret af energiske partikler. De nøjagtige veje til defektdannelse, imidlertid, er forblevet undvigende, og de fleste aktuelle forudsigelser af strålingsskader er i det væsentlige empiriske tilpasninger til eksperimentelle data. Dette gælder selv for det bedst undersøgte og uden tvivl enkleste materiale, krystallinsk silicium, som er rygraden i moderne elektronik. Indtil for nylig, videnskabsmænd manglede eksperimentelle metoder, der direkte kunne undersøge dynamikken i defektskabelse og udglødning.

I en artikel offentliggjort i 6. januar-udgaven af Videnskabelige rapporter , holdet fra LLNL og Texas A&M University brugte en ny eksperimentel metode til at studere termisk aktiverede defektinteraktionsprocesser i silicium. Metoden udnytter pulseret, snarere end kontinuerlig, ionstråler, der er i stand til at sondere defektinteraktionsdynamik. Ved at måle temperaturafhængigheder af den dynamiske udglødningshastighed af defekter, holdet fandt to forskellige regimer for defektinteraktion, ved temperaturer over og under 60 grader Celsius, henholdsvis.

Hastighedsteorimodellering, benchmarked mod pulserende stråledata, pegede på en afgørende rolle for både ledige stillinger og interstitiel spredning, med defektproduktionshastigheden begrænset af migration og interaktion mellem ledige stillinger.

"Direkte målinger af aktiveringsenergierne af de dominerende dynamiske udglødningsprocesser er nøglen til at forstå dannelsen af ​​stabile strålingsskader i materialer, " sagde LLNL videnskabsmand Joseph Wallace, avisens hovedforfatter.

"Dette arbejde giver en plan for fremtidige pulserende stråleundersøgelser af strålingsdefektdynamik i andre teknologisk relevante materialer, " sagde Sergei Kucheyev, LLNL-projektlederen.