ION-INDUCED MODIFICATIONS IN GALLIUM PHOSPHIDE SINGLE CRYSTALS. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF Thesis_Final_(Revised).pdf - Accepted Version Download (5MB) | Preview

Arabic Abstract

هذة الرسالة تهدف إلى دراسة تأثير الأيونات على بلورات فوسفيد الجاليوم الأحادية وذلك بتشعيعها بأيونات بطيئة عالية الشحنة و الأخرى السريعة عالية الطاقة .استخدمت في هدة التجارب أيونات متنوعة ذات طاقات حركة مختلفة وحاملة لشحنات مختلفة . تم دراسة امكانية بناء اشكال نانوميترية عن طريق قياسات ميكروسكوبية فى المدى النانوميترى باستخدام جهازSFM . و حيث أن السبب الرئيسى المبدئى لتكون الأشكال النانوميترية باستخدام كلا من الأيونات البطيئة عالية الشحنة والأخرى السريعة عالية الطاقة هوا اللإثارة اللإلكترونية العالية فإن مقارنة كلا من التقنيتين كانت من الأهمية بمكان لفهم عملية التكوين للأشكال النانوميترية في هذة المادة .إضافا" إلى استخدام طرق الطيف الضوئى و XPS لمعرفة التغيرات السطحية بعد التشعيع بأيونات سريعة عالية الطاقة. : تم أيضا دراسة التغيرات داخل المادة باستخدام تقنيتين: الأولى هىUV-Vis Spectroscopyوهذا لدراسة الخصائص الضوئية للمادة. التقنية الثانية هى RBS حيث تم دراسة التغيرات في التركيب البلوري للمادة بعد التشعيع. و قد اظهرت النتائج ان التشعيع بالأيونات عالية الطاقة كان لة قدرة فائقة لعمل تغييرات في هذة المادة والتي تتبع أشباه الموصلات . ومن النتائج الواعدة والمهمة تكنولوجيا انه يمكن التحكم في فجوة الفرقة band gap بتغيير كلا من طاقة الحركة المرسبة و الجرعة الاشعاعية للأيونات المستخدمة. هذا أضافا الى ملاحظة تغير ملحوظ في التركيب البلوري لمادة فوسفيد الجاليوم وصل الى حد التحول للحالة الامورفية بعد التشعيع بأيونات اليود عالية الطاقة وبجرعة اشعاعية عالية .

English Abstract

Ion beam techniques have been utilized successfully to modify both the surface and bulk properties of various solids. The ion-induced effect depends mainly on the ion and material properties. Here, we are focusing on studying one of the promising semiconductors, namely gallium phosphide (GaP) single crystals, after irradiation with slow highly charged ions (HCI) and swift heavy ions (SHI). The ion-irradiation was performed using different ion species of different kinetic energies and carrying various charge states. For HCI, the samples were irradiated with various charge state of Xeq+ ions (q=33-40) exhibiting kinetic energy of 114 keV. For SHI, the samples were irradiated with I ions of 1-54 MeV and Au ions of 240 MeV-1.16 GeV with ion fluence varying from 5×〖10〗^9 to 1×〖10〗^14 ions cm-2. The ion-induced modifications in GaP samples were investigated by means of atomic force microscopy (AFM), Rutherford backscattering spectrometry (RBS), X-ray photoelectron spectroscopy, and UV-Vis spectroscopy. Based on the AFM measurements, the irradiation of GaP single crystals using HCI showed no observable change of the surface topography, whereas nanohillocks were observed after irradiation with SHI. Significant damage of the GaP crystal was observed using RBS after irradiation with 1 MeV I of high fluence. Amorphization was even observed for the samples irradiated with 1 MeV I at fluence 1×〖10〗^14 ions cm-2. Amorphization was not observed for the samples irradiated with 54 MeV I and 1.16 GeV Au implying that amorphization is most likely induced by nuclear energy deposition via elastic collisions of ions with the target atoms. Moreover, transmission spectra of the SHI irradiated samples revealed red shift of the absorption edge in comparison to the one observed for the virgin sample indicating a reduction of the band gap. The band gap was found to be decreasing as a function of ion fluence and ion energy loss, which is ascribed to the formation of localized states into the forbidden energy band. The results of the performed experiments are expected to contribute highly in reaching better understanding of the damage creation mechanism and control of the modifications induced by HCI and SHI in semiconductors.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Chemical Engineering Research Physics
Department:	College of Engineering and Physics > Physics
Committee Advisor:	El-Said, Ayman Sherif
Committee Members:	Bahlouli, Hocine and Mekki, Abdelkarim
Depositing User:	ZAMZAM IBNU SINA (g201408460)
Date Deposited:	17 May 2018 10:30
Last Modified:	31 Dec 2020 07:13
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/140729