高剂量离子注入直接形成Ge纳米晶的物理机理

研究了单束双能高剂量Ge离子注入、不经过退火在非晶态SiO2薄膜中直接形成镶嵌结构Ge纳米晶的物理机制．实验中利用不加磁分析器的离子注入机，采用Ge弧光放电离化自动形成的Ge^＋和Ge^2＋双电荷离子并存的单束双能离子注入方法，制备了10^16～10^18cm^-2多种剂量Ge离子注入的Si基SiO2薄膜样品．用GIXRD表征了Ge纳米晶的存在，并仔细分析得到了纳米晶形成的阈值剂量．通过TEM分析了Ge纳米晶的深度分布和晶粒尺寸．用SRIM程序分别计算了双能离子在SiO2非晶层的射程和深度分布，与实验结合，得到纳米晶形成的物理机制，即纳米晶的形成与单束双能离子注入时Ge^＋和Ge^2＋相互碰撞产生的能量沉积在SiO2中形成的局域高温有关．