Перераспределение атомов отдачи эрбия и кислорода и структура тонких приповерхностных слоев кремния, созданных высокодозной имплантацией аргона через поверхностные пленки Er и SiO$_{2}$

С использованием аналитической высокоразрешающей электронной микроскопии исследована структура Si и перераспределение aтомов отдачи Er и O в тонких ($\sim$10 нм) приповерхностных слоях, внедренных с помощью имплантации Ar$^{+}$ с энергией 250–290 кэВ и дозой 1 $\cdot$ 10$^{16}$ см$^{-2}$ через пленки соответственно Er и SiO$_{2}$ и последующего отжига. Установлено, что рекристаллизация Si срывается на расстоянии $\sim$20 нм от поверхности, где достигается критическое для срыва значение концентрации эрбия 5 $\cdot$ 10$^{19}$ см$^{-3}$ при $T$ = 950$^\circ$С. Это опровергает общепринятую модель переноса атомов Er фронтом рекристаллизации в SiO$_{2}$ на поверхности. Вместо этого показано, что перераспределение атомов отдачи O к исходному оксиду во время отжига при неподвижных атомах Er обеспечивает формирование поверхностно неоднородных фаз эрбия таким образом, что обогащенная кислородом фаза Er–Si–O оказывается сосредоточенной в оксиде, а обедненная фаза Er–Si остается в Si. Это объясняет частичную потерю внедренного Er после снятия оксида вместе с Er–Si–O фазой. Показано, что нетипичное для рекристаллизации (100)-Si образование большой плотности микродвойников (локально до 10$^{13}$ см$^{-2}$) связано с образованием пузырей и кластеров Ar.