Sviluppo di un apparato di spettroscopia terahertz nel dominio del tempo per lo studio di campioni di GaAs irraggiati con ioni Bromo e Protoni

Le simulazioni tramite metodo Monte Carlo possono aiutare ad impostare i parametri della linea di fascio. Grazie a SRIM e possibile simulare le interazioni che una particella subisce dentro un target di GaAs. In particolare vengono forniti dal programma dati come il range della particella nel materiale, il danneggiamento creato nel reticolo cristallino, e la sua distribuzione nel campione per ogni atomo incidente. Gli urti che subiscono gli atomi del reticolo cristallino da parte di particelle da noi irraggiate sono da considerarsi tutti di tipo coulombiano, visto che la sezione d'urto, per questo tipo di reazione, è quella dominante nell'intervallo di energie utilizzate. Verranno ora citate alcune terminologie di base per la descrizione del danneggiamento dei materiali da parte di irraggiamento, usate dal programma SRIM. I danneggiamenti possono essere suddivisi in:

- Dislocazione = è un processo in cui una particella energetica incidente trasferisce parte della sua energia su un atomo del reticolo cristallino spostandolo dalla sua posizione iniziale, ad un altra posizione.

- Vacanza = un sito reticolare vuoto. All'origine tutti i siti reticolari sono occupati e le dislocazioni causano le vacanze.

- Atomo interstiziale = atomo che e stato spostato dalla sua posizione iniziale da un urto e che termina la sua deriva nel cristallo fino a fermarsi al suo interno.

- Collisioni di riposizionamento = siti reticolari con un nuovo atomo al loro interno, identico all'atomo originale. Questo e l'unico meccanismo per cui una vacanza può essere rioccupata.

- Edisp = energia di dislocazione, è l'energia minima necessaria per spostare un atomo abbastanza distante dal suo sito originale, in modo che non venga poi a ritornare alla sua posizione iniziale in tempi brevi. Di solito questo tipo di danneggiamento da dislocazione va a formare una singola vacanza con un atomo interstiziale vicino (Frenkel pair).

- Elatt= energia di legame del reticolo, e la minima energia da fornire ad un atomo del reticolo per considerarlo non piu legato agli altri atomi del reticolo cristallino.

- Esurf= energia di legame di un atomo alla superficie. L'atomo in superficie risulta meno legato a causa della mancanza di atomi primi vicini. Questa energia è importante quando si considerano fenomeni di sputtering.

- Efinal= energia finale dell'atomo quando viene puo venire considerato completamente fermo rispetto al reticolo cristallino.

Quando un atomo subisce un urto da parte di una particella energetica, se l'energia trasferitagli è superiore a Edisp, questo rinculerà con un energia di rinculo di Erecoil=Edisp-Elatt. Se l'energia di rinculo dell'atomo colpito è maggiore di Edisp questo atomo potrà produrre nuove dislocazioni reticolari, producendo così un processo a cascata per ogni urto successivo fintantoché valga la relazione Erecoil> Edisp. In questi processi a cascata le dislocazioni reticolari vengono anche prodotte da atomi dello stesso reticolo cristallino, in questo caso vanno quindi considerate anche le collisioni da riposizionamento. Il danneggiamento da collisioni di riposizionamento può ridurre il numero di vacanze totali fino al 30%.