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Struktur und Dynamik Poster: Mi., 14:00–16:30 M-P167
Kornrotation in nanokristallinen Schichten während der Bestrahlung mit
schnellen schweren Ionen
Ivo Zizak 1 , Nora Darowski 1 , Siegfried Klaumünzer 1 , Walter Assmann 2 ,
Jürgen Gerlach 3
1 Hahn-Meitner-Institut, Albert-Einstein-Str. 15, 12489 Berlin, Germany – 2 Ludwig-
Maximillian Universität, Am Coulombwall 1, 85748 Garching, Germany – 3 Institut für
Oberflächenmodifizierung, Permoserstr. 15, D-04318 Leipzig, Germany
Nach der Bestrahlung der dünnen, nanokristallinen Ti und TiN Schichten mit schnellen
schweren Ionen wurde eine Änderung der Orientierungsverteilung gemessen. Die ca.
1 µm dicken Schichten wurden auf Silizium aufgedampft und anschließend mit 350
MeV Au Ionen bis zu 2 × 10 15 ions/cm 2 am HMI Ionenbeschleuniger (ISL) bestrahlt.
Um die Einflüsse der Oberflächenenergie und der Ionenbestrahlung trennen zu können,
wurden die Schichten unter 30 ◦ zur Probennormale bestrahlt.
Die Textur der Schichten wurde für unterschiedliche Fluenzen an der BESSY Synchrotronsstrahlungsquelle
gemessen. In unbestrahlten Schichten wurde, wie erwartet, eine
zylindersymmetrische Verteilung der Orientierungen gemessen. Im Fall der bestrahlten
Proben wurden zwei Änderungen beobachtet:
i) Die zylindrische Symmetrie wurde gebrochen, und die Textur wandelte sich mit zunehmender
Fluenz von einer Faser-Textur in eine Mosaik-Textur um. Die Orientierung
der neuen Textur hing sehr stark von der Ionen-Richtung ab.
ii) Die Orientierungsverteilung rotierte proportional zur Ionenfluenz bis zum Bruch
der Zylindersymmetrie in der Richtung weg von dem Ionenstrahl. Die Rotation war,
für Winkel bis etwa 50 ◦ , umkehrbar durch Änderung der Bestrahlungsrichtung.
Eine mögliche Erklärung für die beobachtete Änderung der Symmetrie ist eine Wechselwirkung
der Ionen mit dem Kristallgitter. Beachtet man jedoch die Rotation und die
Umkehrbarkeit des Effektes, so können diese nur durch die Wechselwirkung zwischen
Ionen und isotropem Material beschrieben werden.
Da diese Änderungen in grobkristallinen Materialien nicht beobachtet wurden, nehmen
wir an, dass die Ionen mit den amorphen Korngrenzen wechselwirken. Der Anteil
der Atome, die sich in nanokristallinen Materialien in den Korngrenzen befinden
liegt im Prozentbereich. Werden amorphe, statt nanokristalline, dünne Schichten
mit schnellen, schweren Ionen bestrahlt, fließen sie in Richtung der Bestrahlung plastisch[1,2].
Die amorphen Korngrenzen in nanokristallinen Schichten könnten auf die
gleiche Art fließen. Dabei würden die Körner von dem umgebenden Material mitgetragen.
Die Rotation der Körner ergibt sich dann daraus, dass die Fließgeschwindigkeit
an der Oberfläche größer ist als in der Nähe des Substrates.
[1] H. Trinkaus and A.I. Ryazanov, Physical Review Letters 74 (1995) 5072
[2] S. Klaumünzer, Mater.Sci.For. 97 (1992) 623