Swelling as a stabilizing mechanism in irradiated thin films: II. Effect of swelling rate
Swelling as a stabilizing mechanism in irradiated thin films: II. Effect of swelling rate
复制标题
膨胀作为辐照薄膜的稳定机制：II。
DOI：
10.1088/1361-648x/ac75a3
复制
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Norris, Scott
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Evans, Tyler;Norris, Scott
长期以来，实验观察到半导体表面的高能离子束照射可以导致自发的纳米图案形成。对于大多数离子/目标/能量组合，当入射角超过临界角时出现图案，并且通常用于理解这种现象的模型表现出相同的行为转变。然而，在某些条件下，图案不出现任何角度的入射，这表明实验和理论之间的重要不匹配。我们小组以前的工作（Swenson和Norris 2018 J. Phys.：康登斯Matter 30 304003）提出了一个模型，该模型结合了已知在实验中发生的辐射诱导的膨胀，并且发现在小膨胀率的分析易处理的极限中，该效应在所有入射角下稳定，这可以解释观察到的波纹抑制。然而，当时还不清楚所提出的模型如何随着膨胀率的增加而扩展。在目前的工作中，我们推广的情况下，任意膨胀率的分析。使用数值方法，我们发现，稳定效果持续任意大的膨胀率，并保持一个稳定的配置文件很大程度上类似的小膨胀的情况下。我们的研究结果强烈支持列入膨胀机制的模式形成离子束照射下，并建议，简单的小膨胀极限是一个足够的近似完整的机制。他们还强调需要更多的和更详细的材料应力的实验测量在图案形成。
It has long been observed experimentally that energetic ion-beam irradiation of semiconductor surfaces may lead to spontaneous nanopattern formation. For most ion/target/energy combinations, the patterns appear when the angle of incidence exceeds a critical angle, and the models commonly employed to understand this phenomenon exhibit the same behavioral transition. However, under certain conditions, patterns do not appear for any angle of incidence, suggesting an important mismatch between experiment and theory. Previous work by our group (Swenson and Norris 2018 J. Phys.: Condens. Matter 30 304003) proposed a model incorporating radiation-induced swelling, which is known to occur experimentally, and found that in the analytically-tractable limit of small swelling rates, this effect is stabilizing at all angles of incidence, which may explain the observed suppression of ripples. However, at that time, it was not clear how the proposed model would scale with increased swelling rate. In the present work, we generalize that analysis to the case of arbitrary swelling rates. Using a numerical approach, we find that the stabilization effect persists for arbitrarily large swelling rates, and maintains a stability profile largely similar to that of the small swelling case. Our findings strongly support the inclusion of a swelling mechanism in models of pattern formation under ion beam irradiation, and suggest that the simpler small-swelling limit is an adequate approximation for the full mechanism. They also highlight the need for more—and more detailed—experimental measurements of material stresses during pattern formation.
登录
查看更多内容
离子轰击硅表面的线性稳定性和不稳定性模式
DOI：
--
发表时间：
2011
期刊：
影响因子：
--
作者：
C. Madi
通讯作者：
C. Madi
离子引起的侵蚀和质量重新分布导致的表面不稳定性和图案形成
DOI：
10.1007/s00339-013-8170-9
发表时间：
2014
期刊：
Applied Physics A
影响因子：
--
作者：
H. Hofsäss
通讯作者：
H. Hofsäss
通过截面透射电子显微镜研究 keV 氩离子引起的 Si 表面波纹的结构
DOI：
--
发表时间：
2003
期刊：
Physical review B 67
影响因子：
--
作者：
T.K.Chini;F.Okuyama;M.Tanemura;K.Nordlund
通讯作者：
K.Nordlund
影响因子：
3.2
作者：
HOLLAND, OW;APPLETON, BR;NARAYAN, J
通讯作者：
NARAYAN, J
随着离子能量的增加，受辐照的Ge表面从孔洞到海绵——缺陷动力学的影响？
DOI：
--
发表时间：
2013
期刊：
影响因子：
--
作者：
R. Böttger;K. Heinig;L. Bischoff;B. Liedke;S. Facsko
通讯作者：
S. Facsko