Temperature controlled surface modification of semiconductor crystals bombarded with Ar+ ion beam

In this work the effects of topography surface evolution of AIIIBV semiconductor crystals (i.e. InSb, InP, GaSb, GaAs) in a wide substrate temperature range during ion irradiation was studied. Normal angle of incidence, ion beam energy and fluence were fixed in order to investigate the pattern formation caused by variable substrate temperature. Surface morphology and EDX microanalysis was investigated by scanning electron microscope. Ion beam bombardment with Ar+ with the ion beam energy of 3 keV and ion beam fluence of 2.15×10^17 ion/cm2 exhibit various morphological features such as small clusters and three-dimensional nanostructure arrays formed on the InSb, InP and GaSb surfaces in a specific substrate temperature range. It has been found that thermally activated diffusion plays a key role in the nanostructures' growth. Chemical analysis revealed that the metallic component aggregation initiates the nanostructures development on the surface. The surface morphology investigation of GaAs sample indicate that the significant depletion of one component is necessary to structures' creation on the ion-induced surface.

W niniejszej pracy zbadano wpływ ewolucji topografii powierzchni kryształów półprzewodnikowych z grupy AIIIBV (tj. InSb, InP, GaSb, GaAs) w szerokim zakresie temperatur podłoża podczas bombardowania jonowego. Normalny kąt padania, energia wiązki jonowej i dawka jonów pozostały niezmienne w celu zbadania utworzonych wzorów w wyniku zmiennej temperatury podłoża. Morfologię powierzchni i mikroanalizę EDX zbadano za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego. Bombardująca wiązka jonowa z atomów Ar+ o energii 3 keV i dawka jonów 2.15×10^17 jonów/cm2 powodują różne właściwości morfologiczne w postaci małych klastrów i układów trójwymiarowych nanostruktur utworzonych na powierzchniach InSb, InP i GaSb w specyficznym zakresie temperatur podłoża. Okazuje się, że dyfuzja aktywowana termicznie odgrywa kluczową rolę w procesie wzrostu nanostruktur. Analiza chemiczna wykazała że agregacja metalicznego składnika inicjuje rozwój nanostruktur na powierzchni. Badania morfologii powierzchni GaAs pokazuje, że znaczne zubożenie w jeden ze składników jest konieczne do utworzenia nanostruktur na jonowo-indukowanej powierzchni.