Устройство для имплантации вещества в материалы

Устройство для имплантации вещества в материалы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИМПЛАНТАЦИИ ВЕЩЕСТВА В МАТЕРИАЛЫ, содержащее источник пучка ускоренных электронов и облучаемую мишень из имплантируемого вещества, наложенную на обрабатываемой материал, отличающееся тем, что, с цепью повышения производительности имплантации, мишень выполнена из монокристаллической фольги и ориентирована относительно направления пучка электронов так, что выполняется условие осевого или плоскостного каналирования электронов.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

SU, 11180

С 400

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3600459/18-25 (22) 03.06.83 (46) 30.04.86. Бюл. N 16 (71) Научно-исследовательский институт ядерной физики .при Томском политехническом .институте им. С.М.Кирова (72) А.Д.Погребняк, С.А.Воробьев, В.И.Гриднев, Е.И.Розум и С.P.Óãëîâ (53) 625.388(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 392801, кл. С 23 С 15/00, 1970.

Т.Wada, М.Kaneiwa. Collected

Abstracts ICDRES-11, 0iso, Japan, 1980, р. -77. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИМПЛАНТАЦИИ

ВЕЩЕСТВА В МАТЕРИАЛЫ, содержащее источник пучка ускоренных электронов и облучаемую мишень из имплантируемого вещества, наложенную на обрабатываемый материал, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью повышения производительности имплантации, мишень выполнена из монокристаллической фольги и ориентирована относи тельно направления пучка электронов так, что выполняется условие осево-, го или плоскостного каналирования электронов.

Изобретение относится к имплантации ионов в различные материалы и может быть использовано при изготовлении полупроводников.

Известно устройство, реализующее способ введения радиоактивных изотопов в материал, содержащее источник ионизирующего излучения и облучаемъй элемент, помещенный в среду, включающую исходный элемент, При облучении в среде в результате ядерных превращений образуется требуемый изотоп, который имплантируется в образец за счет энергии ядерных превращений..

Недостатком известного устройства является узкий круг имплантируемых изотопов и низкая производительность процесса, определяемая как низкой интенсивностью потока радиоактивных изотопов, так и необходимостью выдерживания образца из-за наведенной в нем радиоактивности.

Ближайшим техническим решением является устройство для имплантации вещества в материалы, содержащее источник ускоренных электронов и облучаемую мишень из имплантируемого вещества, наложенную на обрабатываемый материал.

В известном устройстве используется аморфная мишень, которая налажена (нанесена) на обрабатываемый материал и является источником вторичных ионов, Известное устройство обладает определенными преимуществами за счет того, что в обрабатываемом образце практически не наводится радиация. Заменяя мишень, можно получить вторичные ионы различных элементов, легко регулируется глубина внедрения ионов, а при определенных мощностях электронного пучка идет процесс радиационно-ускоренной диффузии и отжиг наведенных дефектов

Недостатком известного устройст.ва является низкая производительность, что определяется низким сечением взаимодействия электронов с ядрами вещества по сравнению с нейтронами. !

Цель изобретения — повышение производительности имплантации.

Цель достигается тем, что в устройстве для имплантации вещества в материалы, содержащем источник ускоренных электронов и облучаемую мишень из имплантируемого вещества, 118083 2 наложенную на обрабатываемый материал, мишень выполнена из монокристаллической фольги и ориентирована относительно направления пучка электронс>в так,что выполняется услою вне осевс ro или плоскостного каналирования электронов.

На фиг. 1 схематично изображено устройство для имплантации, на

10 фиг. 2 — график расчетного распределения плотности локализации потока электронов относительно атомной . плоскости в кристалле алюминия (грань 1 l0) при энергии электронов

10 МэВ; на фиг. 3 — график зависимости требуемого времени имплантации от угла ориентации мишени из алюминия относительно направления электронов.

Устройство содержит источник ускоренных электронов 1, монокристаллическую фольгу 2 из имплантируемого материала, установленную на обрабатываемом материале 3 ° Монокрисд5 талличес:<ая фольга ориентирована так, что ее кристаллографические оси совпадают с направлением пучка. фольга 2 и материал 3 помещены в охлаждаемый объем, чтобы избежать перегрева электронным пучком.

Устройство работает следующим образом.

Электронный пучок 1 направляют на мишень в виде фольги 2. Выбитые электронным пучком из фольги вторичные ионы внедряются в обрабатываемый материал 3 за счет кинетической энергии, приобретаемой при выбивании электронами.

4О Как известно, число первично выбитых атомов 1 при облучении мишени эл ектр он ами

N=ntN,бс р

45 где и — плотность потока облучения, — длительность облучения;

N — плотность упаковки атомов в мишени, o — сечение смещения атома.

50 При с.оответствующей ориентации монокрис,таллической мишени относительно пучка электронов происходит так называемое каналирование электронов, приводящее к образованию кван55 товых ссстояний в потенциалах атомных рядс>в (осевое каналирование) или плос.костей (плоскостное каналирование). Вероятность заселения того

1118083

1ld A д физ. 2

3 или иного квантового состояния зависит от угла наклона кристалла отно-. сительно направления падения электронного пучка. При падении электронов параллельно плотно упакованным кристаллографическим осям или плоскостям кристаллов заселяется преимущественно основное квантовое состояние. Коэффициент локализации электронов для этого случая где 1 р — межплоскостное расстояние в мишени, () — волновая функция электрона в основном состоянии.

В классическом представлении указанный эффект сводится к фокусировке" электронного пучка на атомные цепочки или плоскости на расстоянии полупериода траектории от входной поверхности кристалла. В результате в K раз возрастает вероятность лобового столкновения электронов с атомами и во столько же раз возрастает плотность потока электронов вблизи ядер атомов мишени. В результате поток выбитых атомов

М = лак 1 о с у где 1„= t /k — длительность облучения монокристаллической мишени.

Эффект сокращения времени обработки иллюстрируется фиг. 2 и 3 для алюминиевой мишени с гранью 110.

На фиг, 2 показана локализация электронного пучка (4 - k /h), а на фиг, 3 приведен пересчет этого эффекта в виде зависимости времени обработки 1 от угла между направлением падения электронного пучка и атомной плоскостью. Максимальные значения соответствуют аморфной мишени, а минимальное — идеальной ориентации мишени. Повышение производительности прдцесса имплантации может дос15 тигать 5-15 раз.

Минимально допустимая толщина мишени составляет, очевидно, половину длины волны колебания траектории электрона при каналировании, а максимальная — длину деканалирования электрона или распада его основного состояния, что практически лежит в пределах 10 -10 А. Такие мишени могут быть получены напыле- нием.

Таким образом изобретение позволяет повысить производительность процесса имплантации в 5-15 раз и практичеСки исключить наведенную радиацию в образцах.

1118083

Корректор В.Синицкая

Техред Н.Бонкаяо

Редактор О.Кузнецова

Заказ 2331/3

Тираж 878 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4