Correlation between structural defects and optical properties in ion-implanted silicon

Abstract

Measurements of optical transmission and reflection spectra and Rutherford baokscattering experiments (RBS) are performed to investigate the influence of radiation damage on optical properties of silicon crystals implanted with Ar+-, P+-, and B+-ions at different temperatures (Ti = 77; 300; 500 K). At sufficiently low temperatures the absorption coefficient and refractive index increase with defect concentration and reach saturation values after formation of completely amorphous layers. No change of the refractive index is found for higher implantation temperatures, where even at high doses no amorphization may be reached. However for these conditions the absorption coefficient increases significantly. Obviously the change of refractive index is mainly caused by heavily damaged or amorphous regions, whereas the absorption coefficient is influenced by point defects also. Zur Untersuchung des Einflusses von Strahlenschäden auf die optischen Eigenschaften von Silizium-Einkristallen, die bei verschiedenen Temperaturen (Ti = 77; 300; 500 K) mit Ar+-, P+- und B+-Ionen implantiert worden waren, werden Transmissions- und Reflexionsmessungen sowie Rutherford-Weitwinkelstreuungsmessungen (RBS) durchgeführt. Für ausreichend niedrige Temperaturen wachsen Absorptionskoeffizient und Brechungsindex mit der Defektkonzentration an und erreichen Sättigungswerte nach der Bildung vollständig amorpher Schichten. Für höhere Implantationstemperaturen, bei denen auch bei großen Implantationsdosiswerten keine Amorphisierung erreicht werden kann, wird keine merkliche Brechzählanderung festgestellt. Dagegen wachst unter diesen Bedingungen der Absorptionskoeffizient stark an. Offensichtlich wird die Anderung des Brechungsindex hauptsächlich durch stark zerstörte und amorphe Bereiche hervor-gerufen, während der Absorptionskoeffizient auch durch Punktdefekte beeinflußt wird.