Применение ионной имплантации для управления эксплуатационными свойствами. Ио́нная импланта́ция
жүктеу/скачать 0,85 Mb.
|
|
Применение ионной имплантации для управления эксплуатационными свойствами. Ио́нная импланта́ция — способ введения атомов примесей (имплантата) в поверхностный слой материала, например, пластины полупроводника пластины или эпитаксиальной плёнки путём бомбардировки его поверхности пучком ионов c высокой энергией (10—2000 кэВ). Широко используется при создании полупроводниковых приборов методом планарной технологии. В этом качестве применяется для образования в приповерхностном слое полупроводника областей с содержанием донорных или акцепторных примесей с целью создания p-n-переходов и гетеропереходов, а также низкоомных контактов. Ионную имплантацию также применяют как метод легирования металлов для изменения их физических и химических свойств (повышения твёрдости, износостойкости, коррозионной стойкости и т. д.). Ионная имплантация в материалы высокотемпературных сверхпроводников семейства {\displaystyle {\ce {R_{x}Ba_{2}Cu_{3}O_{x}}}} , {\displaystyle {\ce {R}}} — редкоземельный металл, используется для создания центров пиннинга, повышающих плотность критического тока. Принцип работы Упрощённая схема установки для ионной имплантации и селекции ионов по энергии и виду Основными составными частями ионно-лучевой установки являются источник ионов, ионный ускоритель, магнитный сепаратор, работающий по принципу масс-спектрографа, система сканирования пучком ионов, и камера, в которой находится облучаемый образец. Ионы имплантируемого материала разгоняются в ускорителе электростатическом полем и бомбардируют образец. Ионы ускоряются до энергий 10—5000 кэВ. Глубина проникновения ионов в толщу образца зависит от их энергии и составляет от нескольких нанометров до нескольких микрометров. Ионы с энергией 1—10 кэВ не вызывают изменений в структуре образца, тогда как потоки ионов с большей энергией могут значительно нарушить кристаллическую структуру вплоть до полного нарушения кристаллической структуры и перехода в аморфное состояние. Технология ионного имплантирования обеспечивает внедрение заданного количества практически любого химического элемента на заданную небольшую глубину, позволяя таким образом создавать сплав металлов, которые в расплавленном состоянии не смешиваются, или легировать одно вещество другим с концентрацией, которую невозможно достичь даже при использовании высоких температур. Возможно также создавать композиционные системы с уникальными структурами и свойствами, существенно отличными от свойств материала основной детали. Введение имплантата в основную кристаллическую решётку материала возможно без «соблюдения» законов термодинамики, определяющих равновесные процессы, например, процессы диффузии и взаимной растворимости. Ионная имплантация приводит к значительному изменению свойств поверхности по глубине: слой с изменённым химическим составом до 1—9 мкм; слой с изменённой дислокационной структурой до 100 мкм. П рофиль концентрации по глубине ионно-имплантированного бора в монокристаллический кремний при разной энергии ионов бора близок к гауссовскому распределению. Сталкиваясь с электронами и ядрами обрабатываемой поверхности ионы легирующего вещества на некоторой глубине теряют энергию и останавливаются. Если известны тип и энергия ионов и свойства обрабатываемого материала, то глубина проникновения ионов вглубь (или средняя длина пробега) и распределение по длине пробега может быть вычислена. Для пучков ионов с типичными энергиями до 500 кэВ величина пробега достигает до 1 мкм. Вследствие влияния большого числа факторов, профиль распределения внедрённого вещества в поверхность близка по форме гауссовскому распределению, но фактически наблюдаются отклонения от нормального распределения, в частности, концентрация имплантанта увеличена относительно нормального распределения в сторону поверхности. Внедрение ионов в кристаллическую решётку обрабатываемого материала приводит к появлению дефектов кристаллической структуры. Выбитые из узлов решётки атомы облучаемого вещества приводят к образованию вакансий и дефектов кристаллической структуры. Атомы имплантанта образуют дефекты внедрения. Совокупность таких дефектов образует дислокации и целые дислокационные скопления[1]. Для снижения концентрации дислокаций после ионной имплантации применяют отжиг. жүктеу/скачать 0,85 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|