On the Experimental Investigation of Ion Beam Mixing in Thin Film Bilayers, Study of the Fe-Al Case

The overwhelming majority of experimental research in ion beam mixing starts from the implicit assumption of a particular model description of the mixing process to define effective quantities whose functional dependences on parameters characterizing the target properties and bombardment conditions are studied. In the present work some difficulties inherent to this approach are discussed. Of particular interest here are the uncertainties in the evaluation of the energy deposited to nuclear collisions per unit path length at the interface, FD. Experimental results appearing in the literature and a own study on the ion beam mixing in Fe/Al bilayers are discussed in the scope of the limitations imposed by the uncertainties of model parameters. In conclusion it is suggested that the differences in the geometry of collision cascades may account for the observed deviations of the experimental results from the theoretically predicted dependences of ion mixing on temperature and FD. Die uberwiegende Mehrzahl experimenteller Untersuchungen der Ionenstrahlmischung geht von der impliziten Annahme einer speziellen Modellbeschreibung des Mischprozesses aus, um effektive Grosen zu definieren, deren Funktionalabhangigkeiten, die die Targeteigenschaften und Beschusbedingungen charakterisieren, untersucht werden. Einige inharente Schwierigkeiten dieses Verfahrens werden diskutiert. Von besonderem Interesse sind die Unsicherheiten bei der Berechnung der Energie FD, die von Kernstosen pro Einheitslange an der Grenzflache geliefert wird. Experimentelle Ergebnisse aus der Literatur und eigene Untersuchungen der Ionenstrahlmischung in Fe/Al-Doppelschichten werden im Hinblick auf die Begrenzungen, die von den Unsicherheiten der Modellparameter eingebracht werden, diskutiert. Schlieslich wird angenommen, das die Geometrieunterschiede der Kollisionskaskaden die beobachteten Abweichungen der experimentellen Ergebnisse von den theoretisch vorhergesagten Abhangigkeiten der Ionenmischung von der Temperatur und FD erklaren konnen.