УДК 539.2:669

АНАЛИЗ РАДИАЦИОННО-СТИМУЛИРОВАННОЙ

ДИФФУЗИИ ИЗОТОПОВ, ОБРАЗОВАННЫХ В

ТВЕРДЫХ ТЕЛАХ ОБЛУЧЕНИЕМ

ЗАРЯЖЕННЫМИ ЧАСТИЦАМИ.

В. А. Старостин

The Analysis of Radiation-Stimulated Diffusion of

Isotops , Created into Solid State by Charge

Particle Irradiation .

V. A. Starostin

Российский научный центр "Курчатовский

Институт" , 123182 Москва, Россия

Аннотация.

В данной работе получены кинетические коэффициенты

мышьяка в GaAs и GaP. По ним определена энтальпия

миграции дефектов.

Abstract.

In this paper the kinetic coefficients of arsenicum

into GaAs and GaP was determined. From this data the

defect migration enthalpy was calculated.

Введение.

Актуально изучение радиационно-стимулированной

диффузии изотопов,образованных в твердых телах

облучением заряженными частицами. В последние

годы опубликован целый ряд экспериментальных

работ по этой тематике / 1,5-9 / . В данной работе

модель , включающая физическую и химическую

кинетику , применена для описания эксперимента

/ 1 / . Получена интересная физическая информация.

 

 

Теоретическая модель.

Для описания процесса радиационно-стимулированной диффузии изотопов,образовывающихся

при достаточно длительном и интенсивном облучении

твердых тел заряженными частицами предложена

модифицироанная модель В.В. Белошицкого для процесса

высокотемпературной имплантации ионов в вещество

/ 2 /. Кроме диффузионного переноса, предполагается захват примеси вакансиями. Важным моментом модели является ее неравновесность - диффузия происходит на фоне интенсивного рождения и аннигиляции дефектов. Эти процессы описываются следующей системой связанных уравнений :

na / t = Da 2na / x2 - na nv kcap + nc nd kact +

+ j Nis i(Ep(x))Q (Rp- x+x0) (1)

nc/ t=nanvkcap- ncndkact (2)

nd/ t=Ddv 2nd/ x2- ncndkact- nvndkann+jNs dQ (Rp- x+x0) (3)

nv/ t=Ddv 2nv/ x2- nanvkcap- nvndkann+jNs dQ (Rp- x+x0) (4)

x0=- vbt , Ep(x)=E0(1- x/Rp) , s d=3.52*10- 16 см2 ,

где Q (х) - единичная ступенька, N и Ni - плотности ядер

всего вещества и производящего изотоп элемента, s d - ориентировочное сечение образования дефекта , Rp -

пробег ионов энергии E0 из / 3 / , j - ток ионов ,

наконец, Da ,Ddv ,kcap,kact,kann - свободные параметры модели с очевидным физическим смыслом коэффициентов диффузии примеси и пар дефект - вакансия,а также скоростей квазихимических реакций захвата примеси вакансиями, активации примеси междоузлиями и взаимной аннигиляции вакансий и междоузлий. Для междоузлий и вакансий использовалось условие такое,

чтобы поток междоузлий вызывал смещение границы вещества со скоростью vb ( задача типа Стефана ) . Начальные условия брались нулевые. Граничные

условия выбирались исходя из экспериментальных

данных. Система уравнений (1)-(4) при вышеописанных начальных и граничных условиях решалась численно на ЭВМ методом конечных разностей . Значения свободных параметров модели подбирались методом наименьших квадратов так, чтобы наилучшим образом соответствовать экспериментальным профилям .

 

 

Выводы.

Произведена обработка эксперимента / 1 / по активационному определению профиля 74As из реакции 71Ga(a ,n)74As, возникающей в GaAs и GaP при облучении 20 МэВ альфа-частицами током 0.1 мкА/см2 в течении 1 часа. Данные по сечению s i(Ep) реакции (a ,n) взяты

из книги / 10 / ( файл А0510 библиотеки оцененных данных EXFOR). Результаты расчета приведены в

таблицах 1 и 2 .

На рисунках 1 и 2 приведены расчетные профили концентрации вакансий и дефектов. Видно сильное преобладание вакансий и их антикорреляция с

дефектами. Заметим, что для условий эксперимента / 2 /

нами также было получено преобладание вакансий,

однако более слабое и в полной корреляции с

дефектами ( при их сильном монотонном спаде от

поверхности вглубь образца ) .

Из отношения диффузионных

коэффициентов радиационных дефектов для GaAs и

GaP найдена разность их энтальпий D Hdv=1126

кал/моль. Отметим ,что D Hdv численно практически

совпадает с dH/dZ из экспериментальной работы / 4 /.

По абсолютной величине диффузионных коэффициен-

тов оценены энтальпии миграции дефектов в GaAs

Hdv=19350 кал/моль и Hdv=18224 кал/моль в GaP.

Исходя из абсолютной величины диффузионных

коэффициентов 74As можно оценить энтальпии его

миграции в GaAs Hp=18615 кал/моль и Hp=17825

кал/моль в GaP.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Литература.

/ 1 / В.А.Дидик,В.В.Козловский,Р.Ш.Малкович,Е.А.Скорятина,

"ФТП", т. 27 , в. 2 , с. 265-268 , 1993 .

/ 2 / P.A.Aleksandrov,E.K.Baranova,V.V.Beloshitsky,K.D.Demakov,

V.A.Starostin,"Rad.Eff.",v.88,pp.249-255,1986.

/ 3 / О.Ф.Немец,Ю.В.Гофман , "Cправочник по ядерной физике",

Киев , 414 с. , 1975 .

/ 4 / C.T.Tomizuka,L.Slifkin,"Phys.Rev.",v.96,pp.610-615,1954.

/ 5 / В.А.Дидик,В.В.Козловский,Р.Ш.Малкович,Е.А.Скорятина,

"ФТТ", т. 40 , в. 12 , с. 2189-2192 , 1998 .

/ 6 / В.А.Дидик,В.В.Козловский,Р.Ш.Малкович,Е.А.Скорятина,

"ФТП", т. 29 , в. 11 , с. 2078 , 1995 .

/ 7 / В.А.Дидик,В.В.Козловский,Р.Ш.Малкович,Е.А.Скорятина,

"ФТП", т. 27 , в. 2 , с. 343, 1993 .

/ 8 / В.А.Дидик,В.В.Козловский,Р.Ш.Малкович,Е.А.Скорятина,

"Письма в ЖТФ", т. 20 , в. 16 , с. 59 , 1994 .

/ 9 / В.А.Дидик,В.В.Козловский,Р.Ш.Малкович,Е.А.Скорятина,

Б.А.Шустров, "Письма в ЖТФ", т.15 , в.12 , с. 19 , 1989 .

/ 10 / В. Н. Левковский , "Сечения активации нуклидов средней

массы (А=40-100) протонами и альфа-частицами средних

энергий (Е=10-50 МэВ) (эксперимент и систематика )" ,

Москва , 215 с. , 1991 .