Bildung von Au-Ausscheidungen in implantierten TiO2-Einkristallen

R. Fromknecht und G. Linker
Forschungszentrum Karlsruhe, IFP, Postfach 3640, D-76021 Karlsruhe

In geeigneten Ion-Target-Systemen ist die Ionenimplantation und thermisches Ausheilen eine vielversprechende Methode zur Erzeugung von Nanopartikeln in oberflächennahen Bereichen. Es wurde die Bildung von Au-Ausscheidungen in implantierten TiO2-Einkristallen durch RBS- und Channeling Experimente sowie durch XRD-Messungen untersucht. 5·1016Au+/cm2 wurden bei RT implantiert; die Proben wurden dann bei Temperaturen von 900K, 1000 K und 1100 K isochron getempert. Nach der Implantation betrug die Halbwertsbreite der Atomverteilung 37 nm mit einem Schwerpunkt der Verteilung bei 39 nm. Die Au-Atome sind dabei bereits polykristallin ausgeschieden. Die aus der Scherrer-Formel abgeschätzte Partikelgröße beträgt dabei 1.5 nm. Im Temperprozess beobachtet man eine Verringerung der Halbwertsbreite der Verteilung auf 30 nm und eine Umorientierung der Au-Partikel, die hauptsächlich durch eine Abnahme des (111)-Peaks zugunsten der (200)-Linie im XRD-Diagramm dokumentiert wird. Die Partikelgröße wird nach dem Tempern zu 9.1 nm ermittelt, d.h. im Temperprozess wachsen die Goldpartikel, wobei eine teilweise kohärente Ausrichtung in der Matrix erfolgt. Kleine Ausscheidungen in den Randbereichen der Verteilung werden dabei aufgelöst, indem die Atome zu den wachsenden Bereichen im Schwerpunkt der Verteilung diffundieren.