Radiation damage in ion-implanted quartz crystals. II. Annealing behaviour

Abstract

Quartz crystals (Z-cuts) are implanted with Ar+ (150 keV) and He+ (35 keV) ions at room temperature. The annealing behaviour of the radiation damage between 300 and 1370 K is investigated by Rutherford backscattering spectrometry (RBS). Three stages with different thermal stability of the defects are found: 1. Simple defects produced at nuclear deposited energy densities Gn ≦ 1 × 1020 keV cm−3 can be completely annealed at 770 K. 2. Amorphized microregions generated between Gn = 1 × 1020 keV cm−3 and 2.5 × 1020 keV cm−3 fully recrystallize at 1270 K. 3. RBS-amorphous layers formed at Gn ≧ 2.5 × 1020 keV cm−3 cannot be annealed. Quarzkristalle (Z-Schnitte) werden mit Ar+ (150 keV)- und He+ (35 keV)-Ionen bei Raumtemperatur implantiert. Das Ausheilverhalten der erzeugten Strahlenschäden wird im Temperaturbereich zwischen 300 und 1370 K mittels Weitwinkel-Rutherfordstreuung (RBS) untersucht. Drei Bereiche mit unterschiedlicher thermischer Stabilität der Defekte können nachgewisen werden: 1. Einfache Defekte, die bei einer Dichte der über nukleare Prozesse deponierten Energie Gn ≦ 1 × 1020 keV cm−3 erzeugt werden, heilen bei 770 K vollständig aus. 2. Amorphe Mikrobereiche, die bei Gn = 1 × 1020 keV cm−3 bis 2,5 × 1020 keV cm−3 entstehen, rekristallisieren bei 1270 K. 3. RBS-amorphe Schichten, die bei Gn ≧ 2,5 × 1020 keV cm−3 gebildet werden, lassen sich nicht ausheilen.