Published February 1, 2020
| Version v1
Publication
Open
Ion irradiation-induced foams in antimonide binary alloys: A combination of small energy bandgap with giant surface-to-bulk ratio
- 1. Universidade Federal do Rio Grande do Sul
Description
This is a short review about the ion irradiation-induced foams in antimonide films. III–V semiconductors like InSb and GaSb can be transformed into solid foams with nanometric dimensions upon irradiation with swift heavy ions, increasing significantly the effective surface area of the material. The giant surface-to-bulk ratio of solid nanofoams, combined with the small energy bandgap of antimonide binary compounds offer new possibilities for the development of electronic devices with improved energy efficiency. The characterization of antimonide nanofoams structure, composition and electronic properties is thus essential to fully exploit their promising technological advantages. Here we show that InSb and GaSb films deposited by magnetron sputtering on SiO2/Si substrates can be rendered porous upon irradiation with 17 MeV Au+7 ions, while no evidence of porosity was observed in AlSb films irradiated under similar conditions. InSb films initially amorphous, become polycrystalline with zincblende phase upon irradiation with fluence 2x1014 cm−2, at the same time as the accumulation of voids result in the complete transformation of the films from compact-continuous to foam-like structure. Single-crystalline InSb films can also be transformed into solid foams upon irradiation, however, the ion fluence required to attain similar levels of porosity (compared to amorphous InSb deposited by magnetron sputtering) is significantly higher. GaSb films, in a similar way, can also be transformed into solid foams upon irradiation, although, for GaSb films deposited by magnetron sputtering, the structure of the foams is amorphous with significant increase of oxide fraction upon irradiation. The ion irradiation effects on the electronic properties of single crystalline InSb films are also presented. We compare the ion irradiation effects in different antimonide binary compounds with results about their crystalline structure and morphology using X-ray diffraction analysis and scanning electron microscopy.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
هذه مراجعة قصيرة حول الرغاوي المستحثة بالإشعاع الأيوني في أفلام الأنتيمونيد. يمكن تحويل أشباه الموصلات III - V مثل InSb و GaSb إلى رغاوي صلبة ذات أبعاد نانومترية عند التشعيع بالأيونات الثقيلة السريعة، مما يزيد بشكل كبير من مساحة السطح الفعالة للمادة. توفر نسبة السطح إلى الكتلة العملاقة للرغاوي النانوية الصلبة، جنبًا إلى جنب مع فجوة الطاقة الصغيرة لمركبات الأنتيمونيد الثنائية إمكانيات جديدة لتطوير الأجهزة الإلكترونية مع تحسين كفاءة الطاقة. وبالتالي فإن توصيف بنية الرغاوي النانوية الأنتيمونيدية وتكوينها وخصائصها الإلكترونية أمر ضروري للاستفادة الكاملة من مزاياها التكنولوجية الواعدة. هنا نظهر أن أفلام InSb و GaSb المودعة بواسطة الرش المغنطروني على ركائز SiO2/Si يمكن أن تصبح مسامية عند التشعيع باستخدام 17 ميجا فولت من أيونات Au+7، في حين لم يلاحظ أي دليل على المسامية في أفلام AlSb المشعة في ظل ظروف مماثلة. تصبح أفلام InSb غير متبلورة في البداية، متعددة البلورات مع مرحلة الزنك عند التشعيع بالفلوانس 2 × 1014 سم-2، في نفس الوقت الذي يؤدي فيه تراكم الفراغات إلى التحول الكامل للأفلام من هيكل مضغوط مستمر إلى هيكل يشبه الرغوة. يمكن أيضًا تحويل أغشية InSb أحادية البلورة إلى رغاوي صلبة عند التشعيع، ومع ذلك، فإن الطلاقة الأيونية المطلوبة لتحقيق مستويات مماثلة من المسامية (مقارنة بالأغشية InSb غير المتبلورة المترسبة بواسطة الرش المغنطروني) أعلى بكثير. يمكن أيضًا تحويل أغشية GaSb، بطريقة مماثلة، إلى رغاوي صلبة عند التشعيع، على الرغم من أنه بالنسبة لأغشية GaSb المترسبة بواسطة الرش المغنطروني، فإن بنية الرغاوي غير متبلورة مع زيادة كبيرة في جزء الأكسيد عند التشعيع. كما يتم عرض تأثيرات التشعيع الأيوني على الخصائص الإلكترونية لأفلام InSb البلورية المفردة. نقارن تأثيرات تشعيع الأيونات في المركبات الثنائية الأنتيمونيد المختلفة مع نتائج حول بنيتها البلورية وشكلها باستخدام تحليل حيود الأشعة السينية ومسح المجهر الإلكتروني.Translated Description (French)
Ceci est une brève revue des mousses induites par irradiation ionique dans les films d'antimoniure. Les semi-conducteurs III–V comme InSb et GaSb peuvent être transformés en mousses solides de dimensions nanométriques par irradiation avec des ions lourds rapides, augmentant considérablement la surface efficace du matériau. Le rapport surface/volume géant des nanomousses solides, combiné à la faible bande interdite énergétique des composés binaires d'antimoniure offrent de nouvelles possibilités pour le développement de dispositifs électroniques avec une efficacité énergétique améliorée. La caractérisation de la structure, de la composition et des propriétés électroniques des nanomousses d'antimoniure est donc essentielle pour exploiter pleinement leurs avantages technologiques prometteurs. Ici, nous montrons que les films d'InSb et de GaSb déposés par pulvérisation magnétron sur des substrats de SiO2/Si peuvent être rendus poreux par irradiation avec des ions Au+7 de 17 MeV, alors qu'aucune preuve de porosité n'a été observée dans les films d'AlSb irradiés dans des conditions similaires. Les films InSb initialement amorphes, deviennent polycristallins avec la phase zincblende lors de l'irradiation par fluence 2x1014 cm−2, en même temps que l'accumulation de vides entraîne la transformation complète des films d'une structure compacte-continue à une structure mousseuse. Les films d'InSb monocristallins peuvent également être transformés en mousses solides lors de l'irradiation, cependant, la fluence ionique nécessaire pour atteindre des niveaux de porosité similaires (par rapport à l'InSb amorphe déposé par pulvérisation magnétron) est significativement plus élevée. Les films de GaSb, de manière similaire, peuvent également être transformés en mousses solides lors de l'irradiation, bien que, pour les films de GaSb déposés par pulvérisation magnétron, la structure des mousses soit amorphe avec une augmentation significative de la fraction d'oxyde lors de l'irradiation. Les effets de l'irradiation ionique sur les propriétés électroniques des films monocristallins d'InSb sont également présentés. Nous comparons les effets de l'irradiation ionique dans différents composés binaires antimoniure avec des résultats sur leur structure cristalline et leur morphologie en utilisant l'analyse par diffraction des rayons X et la microscopie électronique à balayage.Translated Description (Spanish)
Esta es una breve reseña sobre las espumas inducidas por la irradiación iónica en las películas de antimoniuro. Los semiconductores III–V como InSb y GaSb se pueden transformar en espumas sólidas con dimensiones nanométricas tras la irradiación con iones pesados rápidos, aumentando significativamente el área de superficie efectiva del material. La gigantesca relación superficie/volumen de las nanoespumas sólidas, combinada con la pequeña brecha de banda de energía de los compuestos binarios de antimoniuro, ofrece nuevas posibilidades para el desarrollo de dispositivos electrónicos con una mayor eficiencia energética. Por lo tanto, la caracterización de la estructura, composición y propiedades electrónicas de las nanoespumas de antimoniuro es esencial para aprovechar al máximo sus prometedoras ventajas tecnológicas. Aquí mostramos que las películas de InSb y GaSb depositadas por pulverización catódica con magnetrón sobre sustratos de SiO2/Si pueden volverse porosas tras la irradiación con iones Au+7 de 17 MeV, mientras que no se observó evidencia de porosidad en películas de AlSb irradiadas en condiciones similares. Las películas de InSb inicialmente amorfas, se vuelven policristalinas con fase de zincblenda tras la irradiación con fluencia de 2x1014 cm-2, al mismo tiempo que la acumulación de vacíos da como resultado la transformación completa de las películas de una estructura compacta continua a una estructura similar a la espuma. Las películas de InSb monocristalinas también se pueden transformar en espumas sólidas tras la irradiación, sin embargo, la fluencia iónica requerida para alcanzar niveles similares de porosidad (en comparación con el InSb amorfo depositado por pulverización catódica con magnetrón) es significativamente mayor. Las películas de GaSb, de manera similar, también se pueden transformar en espumas sólidas tras la irradiación, aunque, para las películas de GaSb depositadas por pulverización catódica con magnetrón, la estructura de las espumas es amorfa con un aumento significativo de la fracción de óxido tras la irradiación. También se presentan los efectos de la irradiación iónica sobre las propiedades electrónicas de las películas de InSb monocristalinas. Comparamos los efectos de la irradiación iónica en diferentes compuestos binarios de antimoniuro con los resultados sobre su estructura cristalina y morfología utilizando análisis de difracción de rayos X y microscopía electrónica de barrido.Files
001120312.pdf.pdf
Files
(2.0 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:cb8596945e5aedd85f139c7a1a8c049c
|
2.0 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- الرغاوي المستحثة بالإشعاع الأيوني في سبائك الأنتيمونيد الثنائية: مزيج من فجوة نطاق الطاقة الصغيرة مع نسبة السطح إلى الكتلة العملاقة
- Translated title (French)
- Mousses induites par irradiation ionique dans les alliages binaires d'antimoniure : une combinaison de faible bande interdite d'énergie avec un rapport surface/masse géant
- Translated title (Spanish)
- Espumas inducidas por irradiación iónica en aleaciones binarias de antimoniuro: una combinación de pequeña brecha de banda de energía con una relación superficie/volumen gigante
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2977114896
- DOI
- 10.1016/j.egyr.2019.09.059
References
- https://openalex.org/W1030784867
- https://openalex.org/W1941620090
- https://openalex.org/W1967713634
- https://openalex.org/W1969287029
- https://openalex.org/W1970301880
- https://openalex.org/W1976927697
- https://openalex.org/W1978925546
- https://openalex.org/W1986135749
- https://openalex.org/W1987346221
- https://openalex.org/W2006271366
- https://openalex.org/W2010807430
- https://openalex.org/W2024005208
- https://openalex.org/W2045413287
- https://openalex.org/W2055881008
- https://openalex.org/W2056633859
- https://openalex.org/W2060429741
- https://openalex.org/W2090784639
- https://openalex.org/W2120533126
- https://openalex.org/W2374075855
- https://openalex.org/W2581814490
- https://openalex.org/W2587404000
- https://openalex.org/W2736258143
- https://openalex.org/W2761009253
- https://openalex.org/W2901205009
- https://openalex.org/W2949918156
- https://openalex.org/W2966097014