Optical Properties of Polyimide Films Implanted with Iron Ions to High Fluence

   In the range of 200–3000 nm, the transmission and reflection of thin (40 μm) polyimide films implanted with 40 keV iron ions at a high fluence of F₁ = 5 ꞏ 10¹⁶ and F₂ = 1.25 ꞏ 10¹⁷ cm^–2 were studied. The integrated transmittance of the films decreases monotonically by more than three times, while the reflectivity changes nonmonotonically: it increases at a low fluence and decreases to the initial value at a high fluence. In addition, a broad reflection band with a maximum at λ ≈ 1000 nm is observed in the implanted films, associated with the formation of iron nanoparticles and/or its compounds. Narrow reflection bands characteristic for the original polyimide in the ultraviolet region are suppressed when reflected by the implanted side and shifted to the short-wavelength region when recorded from the non-implanted surface of the film. The measurement results were interpreted in the framework of a two-layer model: a carbonized surface layer with implanted metal and a polymer film layer unmodified by the implantation. The determined Tauc optical gap of the carbonized layer is negative due to the dominance of the iron-containing phase, and the refractive indices of the modified layer are: n₁ = 2.5 and n₂ = 1.3 at low and high fluences, respectively.

1. В. Б. Оджаев, И. П. Козлов, В. Н. Попок, Д. В. Свиридов. Ионная имплантация полимеров, Минск, Белгосуниверситет (1998)

2. A. L. Stepanov, R. I. Khaibullin. Rev. Adv. Mater. Sci., 7, N 2 (2004) 108—125

3. А. А. Харченко, М. Г. Лукашевич, В. И. Нуждин, Р. И. Хайбуллин, В. Б. Оджаев. ФТТ, 55, № 1 (2013) 75—80

4. Ф. А. Нажим, М. Г. Лукашевич, В. И. Нуждин, Р. И. Хайбуллин, В. Б. Оджаев. Изв. НАН Беларуси. Сер. физ-мат. наук, № 2 (2010) 100—105

5. Ю. А. Бумай, В. Ф. Валеев, Н. И. Долгих, М. Г. Лукашевич, Ф. А. Нажим, В. И. Нуждин, В. Б. Оджаев. Материалы, технологии, инструменты, 15, № 4 (2010) 54—58

6. Ю. А. Бумай, Н. И. Долгих, А. А. Харченко, В. Ф. Валеев, В. И. Нуждин, Р. И. Хайбуллин, Ф. А. Нажим, М. Г. Лукашевич, В. Б. Оджаев. Журн. прикл. спектр., 81, № 2 (2014) 192—196 [Yu. A. Bumai, N. I. Dolgikh, A. A. Kharchenko, V. F. Valeev, V. I. Nuzhdin, R. I. Khaibullin, F. A. Nagim, M. G. Lukashevich, V. B. Odzhaev. J. Appl. Spectr., 81 (2014) 188—192]

7. В. В. Базаров, Ю. А. Бумай, В. Ф. Валеев, В. И. Головчук, М. Г. Лукашевич, В. И. Нуждин, В. Б. Оджаев, А. А. Харченко, Р. И. Хайбуллин. Журн. прикл. спектр., 87, № 3 (2020) 448—453 [V. V. Bazarov, Y. A. Bumai, V. F. Valeev, V. I. Golovchuk, M. G. Lukashevich, V. I. Nuzhdin, V. B. Odzhaev, A. A. Kharchenko, R. I. Khaibullin. J. Appl. Spectr., 87 (2020) 476—480]

8. А. С. Сорока, Ю. А. Бумай, В. И. Головчук, М. Г. Лукашевич, В. Б. Оджаев, Р. И. Хайбуллин. Полимерные материалы и технологии, № 3 (2021) 48—54

9. А. Л. Степанов. ЖТФ, 74, № 2 (2004) 1—12

10. E. T. Arakawa. J. Appl. Phys., 52, N 5 (1981) 3579—3582

11. J. Tauc, R. Grigorovici, A. Vancu. Phys. Status Solidi (b), 15, N 2 (1966) 627—637

12. J. Robertson, E. P. O’Reilly. Phys. Rev. B., 35, N 6 (1987) 2946—2957

13. https://refractiveindex.info/ (дата обращения: 18.10.2025)

14. P. D. Townsend, P. J. Chandler, L. Zhang. Optical Effects of Ion Implantation, Cambridge, Cambridge University (1994)

15. А. А. Харченко. ХВЭ, 56, № 5 (2022) 378—387