Materiaalwetenschappers van het Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) hebben een nieuwe pulsed-ion-beam-methode gebruikt om mechanismen voor de vorming van stralingsdefecten in silicium te identificeren.

Het onderzoek kan implicaties hebben voor verbeteringen in de prestaties van moderne elektronica.

Het begrijpen van stralingsdefecten in kristallen is al tientallen jaren een grote uitdaging in de materiaalfysica. De vorming van stabiele defecten omvat vaak dynamische processen van migratie en interactie van puntdefecten die worden gegenereerd door energetische deeltjes. De exacte paden van defectvorming, echter, ongrijpbaar zijn gebleven, en de meeste huidige voorspellingen van stralingsschade zijn in wezen empirische aanpassingen aan experimentele gegevens. Dit geldt zelfs voor het best bestudeerde en aantoonbaar eenvoudigste materiaal, kristallijn silicium, dat is de ruggengraat van moderne elektronica. Tot voor kort, wetenschappers misten experimentele methoden die de dynamiek van het ontstaan ​​en uitgloeien van defecten direct konden onderzoeken.

In een artikel gepubliceerd in de editie van 6 januari van: Wetenschappelijke rapporten , het team van LLNL en Texas A&M University gebruikte een nieuwe experimentele methode om thermisch geactiveerde defectinteractieprocessen in silicium te bestuderen. De methode maakt gebruik van gepulseerde, in plaats van continu, ionenbundels die in staat zijn om de interactiedynamiek van defecten te onderzoeken. Door temperatuurafhankelijkheden van de dynamische gloeisnelheid van defecten te meten, het team vond twee verschillende regimes van defectinteractie, bij temperaturen boven en onder 60 graden Celsius, respectievelijk.

De tarieftheorie modellering, gebenchmarkt tegen gepulseerde straalgegevens, wees op een cruciale rol van zowel leegstand als interstitiële diffusie, met de defectproductiesnelheid beperkt door de migratie en interactie van vacatures.

"Directe metingen van de activeringsenergieën van de dominante dynamische gloeiprocessen zijn de sleutel tot het begrijpen van de vorming van stabiele stralingsschade in materialen, " zei LLNL-wetenschapper Joseph Wallace, de hoofdauteur van het artikel.

"Dit werk biedt een blauwdruk voor toekomstige studies met gepulseerde bundels van de dynamiek van stralingsdefecten in andere technologisch relevante materialen, " zei Sergei Kucheyev, de LLNL-projectleider.