Argon Irradiation of Sn Thin Layers Deposited on Fe Substrates

Abstract

Iron polycrystals deposited with thin films of Sn (100 nm approximately) are irradiated with 300 and 400 keV argon ions at the temperatures of liquid hydrogen, room, and 180 °C. After irradiation, the specimens are examined using optical and scanning microscopy, X-ray microprobe, X-ray diffraction, and He-Rutherford back scattering. The surface structures obtained by irradiation at different temperatures are compared with those resulting from isothermal treatments. It is concluded that at liquid hydrogen temperature the major effect of the irradiation is a large and inhomogeneous, localized sputtering of Sn. Also sputtering dominates at room temperature, although it appears to be homogeneous. Finally at 180 °C, Sn islands and FeSn, FeSn2 crystals develop at the Fe surface. FeSnx precipitates form between 300 to 400 °C when the SnFe bilayer is annealed. Light particle irradiation seems to be effective in reducing thermodynamic barriers for nucleation of the above mentioned precipitates at the FeSn interface. Auf Eisenpolykristalle aufgebrachte dunne Sn-Schichten (etwa 100 nm) werden mit 300 und 400 keV-Argon-Ionen bei Temperaturen des flussigen Wasserstoff, Raumtemperatur und 180 °C bestrahlt. Nach der Bestrahlung werden die Proben mittels optischer und Rastermikroskopie, Rontgenmikrosonde, Rontgenbeugung und He-Rutherfordruckstreuung untersucht. Die bei der Bestrahlung unter unterschiedlicher Temperatur erhaltenen Oberflachenstrukturen werden mit den nach isothermischer Temperung erhaltenen verglichen. Es wird angenommen, das bei der Temperatur des flussigen Wasserstoff der Haupteffekt der Bestrahlung eine grose und inhomogene lokalisierte Abstaubung von Sn ist. Zerstaubung dominiert auch bei Zimmertemperatur, obgleich es homogen zu sein scheint. Schlieslich entwickeln sich bei 180 °C, Sn-Inseln und FeSn- und FeSn2-Kristalle. FeSnx-Prazipitate bilden sich zwischen 300 und 400 °C, wenn die SnFe-Doppelschicht ausgeheilt wird. Bestrahlung mit leichten Teilchen scheint bei der Reduzierung thermodynamischer Barrieren fur die Keimbildung der oben erwahnten Prazipitate an der FeSn-Grenzflache effektiv zu sein.