The present paper describes measurements of ion implantation by high-intensity lasers in an innovative configuration. The ion acceleration and implantation were performed using the target normal sheath acceleration regime. Highly ionized charged ions were generated and accelerated by the self-consistent electrostatic accelerating field at the rear side of a directly illuminated foil surface. A sub-nanosecond pulsed laser operating at an intensity of about 1016 W cm−2 was employed to irradiate thin foils containing Au atoms. Multi-energy and multi-species ions with energies of the order of 1 MeV per charge state were implanted on exposed substrates of monocrystalline silicon up to a concentration of about 1% Au atoms in the first superficial layers.The target, laser parameters and irradiation conditions play a decisive role in the dynamic control of the characteristics of the ion beams to be implanted. The ion penetration depth, the depth profile, the integral amount of implanted ions and the concentration–depth profiles were determined by Rutherford back-scattering analysis. Ion implantation produces Si nanocrystals and Au nanoparticles and induces physical and chemical modifications of the implanted surfaces.
本論文は、革新的な構成における高強度レーザーによるイオン注入の測定について述べている。イオン加速および注入は、ターゲット法線シース加速機構を用いて実施された。高電離荷電イオンは、直接照射されたフォイル表面の背面側における自己無撞着な静電加速場によって生成・加速された。約10^16 W cm^-2の強度で動作するサブナノ秒パルスレーザーを用いて、Au原子を含有する薄膜フォイルを照射した。多エネルギー・多種イオン（電荷当たり約1 MeVのエネルギーを有する）を、単結晶シリコン基板の表層約1%のAu原子濃度まで注入した。ターゲット、レーザーパラメータ、および照射条件は、注入されるイオンビームの特性の動的制御において決定的な役割を果たす。イオンの侵入深さ、深さプロファイル、総注入量、および濃度分布は、ラザフォード後方散乱分析によって決定された。イオン注入は、Siナノ結晶およびAuナノ粒子を生成し、注入表面の物理的・化学的改質を誘起する。