Estudos da formação, estabilidade e ordenamento da fase gamma FeSi 2 produzida pela técnica de implantação iônica

No presente trabalho implantamos íons de Fe em amostras de Si que são subseqüentemente recristalizadas pela técnica Cristalização Epitaxial Induzida por Feixe de íons (IBIEC). Quatro técnicas de análise (RBS, Canalização, Mõssbauer e TEM) foram utilizadas a fim de estudar os seguintes aspectos: a) fases formadas pela técnica IBIEC em função da concentração de Fe implantado; b) estabilidade térmica dos precipitados -y-FeSi2; c) caracterização da fase -y-FeSi2 pela técnica Mõssbauer e a existência ou não de um carácter magnético para esta fase. Nossos experimentos mostraram os seguintes resultados. Em baixa concentração de Fe (C<llat.%) somente a fase -y-FeSi2 é formada. No entanto, quando uma concentração crítica é atingida (llat.%), então a fase a também é verificada. Finalmente, uma coexistência de três fases (fases -y, a e ,3-FeSi2) é observada se a concentração de Fe é maior que 2lat.%. Este é um fenômeno singular uma vez que a fase -y é metaestável e a fase a é estável somente em temperaturas mais elevadas que ,950°C (o processo IBIEC é realizado em 320°C). Os experimentos de estabilidade térmica mostraram que a fase 7-FeSi2 é estável entre 600°C e 730°C, sendo a temperatura exata uma função da concentração de Fe implantado. Concluiu-se que a estabilidade da fase y é sustentada pelo pequeno tamanho dos precipitados de FeSi2 (< 10 nm). Além disso, a transformação y --+ /3 é devida ao aumento de tamanho dos precipitados baseado no mecanismo de crescimento de Ostwald. Os experimentos Mõssbauer mostraram que a fase fase -y-FeSi2 não é magnética. Esta característica foi deduzida de medidas realizadas em 4 K, que não mostram qualquer evidência de desdobramento magnético no espectro Mõssbauer. Medidas em temperatura ambiente indicam que a fase -y-FeSi2 é desordenada. No entanto, após recozimentos adicionais, observou-se pela primeira vez um singleto no espectro, além do dubleto original. Mostrou-se que o singleto caracteriza a fase -y ordenada (condizente com a sua estrutura cúbica) enquanto que o dubleto corresponde àquela com defeitos (a interface FeSi2 /Si provavelmente também deve ser considerada como "defeito"). Nós gostaríamos de enfatizar que medidas prévias, onde o processo de recristalização era unicamente térmico (SPE e RTA), falharam na obtenção da fase -y-FeSi2. Nós então tentamos justificar porque a técnica IBIEC é tão especial para produzir, de uma maneira seletiva, a fase -y-FeSi2. Por último, propõe-se um modelo microscópico para a precipitação -y-FeSi2 por IBIEC.

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