Estudo de defeitos induzidos pela implantação/irradiação de íons em Si(001) por difração de raios-X de n-feixes

O alto controle e reprodutibilidade envolvidos nas tecnicas de implantacao e de irradiacao ionica fazem com que elas sejam muito utilizadas por permitir modificacao estrutural de semicondutores, possibilitando, por exemplo, a geracao de defeitos estruturais que atuam como centros de recombinacao radiativa de portadores para aplicacao em eficientes dispositivos emissores de luz baseados em Silicio. Igualmente necessaria e a caracterizacao estrutural desses materiais modificados, como os sistemas provenientes de engenharia de defeitos, promovendo um correto e abrangente entendimento que ira contribuir para a otimizacao dos seus processos de sintese. Nesse contexto, e motivados por resultados recentes, o presente trabalho visa aplicar tecnicas de raios-X com boa resolucao no estudo de defeitos gerados pelos processos de implantacao e irradiacao em dois sistemas distintos baseados em Silicio. O primeiro sistema, em que amostras de Si(001) foram implantadas com Fe+ e irradiadas com Au++, mostrou uma forte absorcao na regiao de UV (maior para a amostra implantada e irradiada) durante seus estudos preliminares de reflectância optica UV-Vis. O segundo, em que amostras de Si(001) implantados com Xe+ e submetidas a posterior tratamento termico de 600, 700 e 800 oC/30 min, foi motivado por trabalhos do grupo de pesquisa do Laboratorio de Implantacao Ionica - UFRGS, em que ions de He e Ne produziram nanobolhas no Silicio monocristalino. Foram utilizadas as tecnicas de Refletividade de Raios-X (XRR), Difracao de Raios-X com Incidencia Rasante (GIXRD), alem de varreduras no espaco reciproco Q-scans e Mapeamentos do Espaco Reciproco (RSM) que utilizam geometria de alta resolucao. Tambem foram realizadas varreduras Renninger e mapeamentos ?:?, ângulos incidente (?) e azimutal (?) acoplados, da Difracao Multipla de Raios-X (XRMD) utilizando Radiacao Sincrotron. A Fluorescencia de Raios-X (XRF) e a Microscopia Eletronica de Transmissao (TEM) tambem foram utilizadas como tecnicas complementares. Os resultados do primeiro sistema (Fe+/Au++) para a XRR distinguiu as diferentes regioes geradas pelos processos de implantacao/irradiacao de ions. A analise das amostras implantada e irradiada e a apenas irradiada foi feita: i) por medidas de Q-scan para a reflexao (004) e mostrou a contribuicao de uma regiao distorcida (RD) na direcao normal a superficie com a? = 5,4235(4) A, com perfil diferente para cada uma delas; ii) por RSM e mostrou contribuicoes diferentes no padrao de intensidade, na direcao QX (direcao paralela), para essas mesmas amostras; iii) por mapeamentos ?:? da XRMD na exata condicao de 4-feixes (000)(002)(1 1 1)(1 13) e mostrou a ocorrencia inedita, para este sistema, de um pico de reflexao hibrida coerente (CHR) do tipo substrato/camada (SL), envolvendo o caminho (1 13)S + (11 1)L . Os resultados do segundo sistema (Xe+) para medidas de: i) RSM e ii) Q-scans com a reflexao assimetrica (113) da amostra como-implantada mostraram a contribuicao dos defeitos pontuais gerados pela implantacao. Nas amostras tratadas termicamente mostraram a recristalizacao da rede do Si com o tratamento termico (direcao perpendicular), alem de evidenciar a formacao de uma regiao tensionada com a? = 5,425(2) A (800 oC/30 min); iii) mapeamento ?:? mostraram o aumento da densidade de defeitos com a temperatura de recozimento, tanto pelo espalhamento difuso no caso 3-feixes (000)(002)(1 11) , quanto pela ocorrencia de extincao primaria no caso 4-feixes (000)(002)(1 1 1)(1 13) . Imagens de secao transversal (TEM) em associacao com analise elementar por Espectroscopia de Energia Dispersiva (EDS) confirmaram a presenca de nanodefeitos, possivelmente do tipo {111} e {113}, e a formacao de nanobolhas de Xe, que por sua vez devem ser os responsaveis pela tensao compressiva observada por RSM Abstract