Topography evolution of 500 keV Ar4+ ion beam irradiated InP(100) surfaces – formation of self-organized In-rich nano-dots and scaling laws

文献情報

出版日 2016-07-04
DOI 10.1039/C6CP03409H
インパクトファクター 3.676
著者

Indra Sulania, Dinesh C. Agarwal, Manish Kumar, Sunil Kumar, Pravin Kumar


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要旨

We report the formation of self-organized nano-dots on the surface of InP(100) upon irradiating it with a 500 keV Ar4+ ion beam. The irradiation was carried out at an angle of 25° with respect to the normal at the surface with 5 different fluences ranging from 1.0 × 1015 to 1.0 × 1017 ions per cm2. The morphology of the ion-irradiated surfaces was examined by atomic force microscopy (AFM) and the formation of the nano-dots on the irradiated surfaces was confirmed. The average size of the nano-dots varied from 44 ± 14 nm to 94 ± 26 nm with increasing ion fluence. As a function of the ion fluence, the variation in the average size of the nano-dots has a great correlation with the surface roughness, which changes drastically up to the ion fluence of 1.0 × 1016 ions per cm2 and attains almost a saturation level for further irradiation. The roughness and the growth exponent values deduced from the scaling laws suggest that the kinetic sputtering and the large surface diffusion steps of the atoms are the primary reasons for the formation of the self-organized nanodots on the surface. X-ray photo-electron spectroscopy (XPS) studies show that the surface stoichiometry changes with the ion fluence. With irradiation, the surface becomes more indium (In)-rich owing to the preferential sputtering of the phosphorus atoms (P) and the pure metallic In nano-dots evolve at the highest ion fluence. The cross-sectional scanning electron microscopy (SEM) analysis of the sample irradiated with the highest fluence showed the absence of the nanostructuring beneath the surface. The surface morphological changes at this medium energy ion irradiation are discussed in correlation with the low and high energy experiments to shed more light on the mechanism of the well separated nano-dot formation.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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