Molecular Dynamic Simulation of Silicon Irradiation with 2–8 keV Buckminsterfullerene C 60  Ions

K. P. Karasev; Карасев К. П.; D. A. Strizhkin; Стрижкин Д. А.; A. I. Titov; Титов А. И.; P. A. Karaseov; Карасев П. А.

doi:10.31857/S1028096023010107

Моделирование методом молекулярной динамики процессов при облучении кремния ионами фуллерена С₆₀ с энергиями 2–8 кэВ

Авторы: Карасев К.П.¹, Стрижкин Д.А.², Титов А.И.², Карасев П.А.²
Учреждения:
1. Академический университет им. Ж.И. Алферова
2. Политехнический университет Петра Великого
Выпуск: № 1 (2023)
Страницы: 74-79
Раздел: Статьи
URL: https://ogarev-online.ru/1028-0960/article/view/137662
DOI: https://doi.org/10.31857/S1028096023010107
EDN: https://elibrary.ru/BLCQCB
ID: 137662

Цитировать

Полный текст

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Методом молекулярно-динамического моделирования с помощью кода LAMMPS проведено исследование процессов, происходящих при падении молекулярных ионов C₆₀ с энергиями от 2 до 8 кэВ на поверхность Si(100) при температурах от 0 до 700 К. Использованы потенциалы взаимодействия Tersoff-ZBL и Airebo, а также учтены потери энергии быстрых частиц на электронные процессы. Показано, что температура мишени не влияет на развитие каскада смещений, но оказывает влияние на ход процесса его термализации и формирование кратера на поверхности. С ростом энергии растет глубина проникновения углерода в мишень, величина формируемого кратера и размер бруствера вокруг него. Повышение температуры до 700 К приводит к заметно более эффективному формированию кратера и увеличению размера бруствера, по сравнению с обнаруженными при 0 и 300 К. Предложен механизм этого явления.

Ключевые слова

фуллерен, моделирование методом молекулярной динамики, ионная бомбардировка, радиационные дефекты, поверхностные явления, кремний, температура.

Список литературы

Zhang J., Terrones M., Park C.R., Mukherjee R, Monthioux M., Koratkar N., Kim Y. S., Hurt R., Frackowiak E., Enoki T., Chen Y., Chen Y., Bianco A. // Carbon Science in 2016: Status, Challenges and Perspectives Carbon. 2016. V. 98. P. 708. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2015.11.060
Бочвар Д.А., Гальперн Э.Г. // Доклады Академии Наук СССР. 1973. Т. 209. С. 610.
Robertson J. // Mater. Sci. Eng. Res. 2002. V. 37. P. 129. https://doi.org/10.1016/S0927-796X(02)00005-0
Khadem M., Pukha V.E., Penkov O.V. et al. // Surf. Coat. Technol. 2021. V. 424. P. 127670. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2021.127670
Pukha V.E., Pugachov A.T., Churakova N.P., Zubarev E.N., Vinogradov V.E., Nam S.C. // J. Nanosci. Nanotechnol. 2012. V. 12. № 6. P. 4762. https://doi.org/10.1166/jnn.2012.4925
Penkov O.V., Pukha V.E., Starikova S.L., Khadem M., Starikov V.V., Maleev M.V., Kim D.E. // Biomaterials. 2016. V. 102. P. 130. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2016.06.029
Аброян И.А., Андронов А.Н., Титов А.И. Физические основы электронной и ионной технологии. М.: Высшая школа, 1984. 135 с.
Postawa Z., Czerwinski B., Szewczyk M., Smiley E.J., Winograd N., Garrison B.J. // Anal. Chem. 2003. V. 75. P. 4402. https://doi.org/10.1021/ac034387a
Delcorte A., Garrison B.J. // J. Phys. Chem. 2007. V. 111. P. 15312. https://doi.org/10.1021/jp074536j
Krantzman K.D., Kingsbury D.B., Garrison B.J. // Appl. Surf. Sci. 2006. V. 252. P. 6463. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2006.02.276
Krantzman K.D., Garrison B.J. // Surf. Interface Anal. 2011. V. 43. P. 123. https://doi.org/10.1002/sia.3438
Krantzman K.D., Wucher A. // J. Phys. Chem. C. 2010. V. 114. № 12. P. 5480.https://doi.org/10.1021/jp906050f
Малеев М.В., Зубарев Е.Н., Пуха В.Е., Дроздов А.Н., Вус А.С., Девизенко А.Ю. // ФИП. 2015. Т. 13. С. 91. https://doi.org/10.15407/mfint.37.06.0775
Pukha V., Popova J., Khadem M., Dae-Eun Kim, Khodos I., Shakhmin A., Mishin M., Krainov K., Titov A., Karaseov P. // Formation of Functional Conductive Carbon Coating on Si by C60 Ion Beam. In: International Youth Conference on Electronics, Telecommunications and Information Technologies. Springer Proceedings in Physics. 2020. V. 255 / Ed. Velichko E. et al., Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-030-58868-7_15
Pukha V., Belmesov A., Glukhov A., Khodos I., Khadem M., Kim D.-E., Krainov K., Shakhmin A., Karaseov P. // Features of the Conductive Carbon Coatings Formation on Titanium Electrodes Using C60 Ion Beams. In: International Youth Conference on Electronics, Telecommunications and Information Technologies. Springer Proceedings in Physics. 2022. V. 268 / Ed. Velichko E., Kapralova V., Karaseov P., et al., Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-030-81119-8_41
Thompson A.P., Aktulga H.M., Berger R. et al. // Comp. Phys. Comm. 2022. V. 271. P. 10817. https://doi.org/10.1016/j.cpc.2021.108171
Stuart S.J., Tutein A.B., Harrison J.A. // J. Chem. Phys. 2000. V. 112. P. 6472. https://doi.org/10.1063/1.481208
Tersoff J. // Phys. Rev. B. 1988. V. 37. P. 6991. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.37.6991
Ziegler J.F., Biersack J.P. // The Stopping and Range of Ions in Matter. In: Treatise on Heavy-Ion Science / Ed. Bromley D.A. Springer, Boston, MA, 1985
Berendsen H.J.C., Postma J.P.M., van Gunsteren W.F., DiNola A., Haak J.R. // J. Chem. Phys. 1984. V. 81. P. 3684. https://doi.org/10.1063/1.448118
Aurenhammer F. // ACM Computing Surveys. 1991. V. 23. № 3. P. 345. https://doi.org/10.1145/116873.116880
Ullah M.W., Kuronen A., Nordlund K., Djurabekova F., Karaseov P.A., Titov A.I. // J. Appl. Phys. 2012. V. 112. P. 043517. https://doi.org/10.1063/1.4747917
Aoki T. // J. Comput. Electron. 2014. V. 13. P. 108. https://doi.org/10.1007/s10825-013-0504-5