Способ ионной имплантации

 

Изобретение относится к способам нанесения покрытий ионной имплантацией и может быть использовано в электронной и других отраслях промышленности. Сущность изобретения: имплантацию ионов в мишень осуществляют на глубину, превышающую проецированный пробег ионов при одновременной бомбардировке мишени электронами из плазмы электродугового испарителя при положительном потенциале на мишени. 1 ил.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для ионной имплантации в электронной и других отраслях промышленности. Известен способ (А.С. N 1086827, C 23 C 14/34, 15.04.86.) поверхностного легирования титана путем ионной имплантации палладия с энергией 30-40 кэВ, для повышения пассивационной стойкости титана при снижении расхода палладия, перед ионной имплантацией палладия в титан имплантируют кислород.

Известен способ (А.С. N 1412517, H 01 J 37/317, 07.09.90.) ионной имплантации вещества путем генерации плазмы, последующего ускорения ионов, облучения ускоренными ионами поверхности образца и напыления атомов вещества подложки, для увеличения концентрации имплантируемой примеси в образце напыление проводят потоком нейтральных атомов или ионов с энергиями 1-100 эВ и многократно и поочередно проводят облучение образца ускоренными ионами дозой и частицами дозой D₂=D·S где R_p среднепроецированный пробег ускоренного иона в образце; S коэффициент распыления поверхностного слоя образца; N атомная плотность вещества, Способ напыления и процесс обручения осуществляют одновременно, причем поток нейтральных атомов или ионов формируют равным по плотности потоку распыляемых под действием ускоренных ионов атомов образца.

Общим недостатком аналогов является сложность оборудования, использование катодов специальной формы, сложность изготовления, длительность последующей термообработки.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ (А. С. N 1593288, C 23 C 14/48, 23.07.92.) ионного легирования, включающий имплантацию ионов на глубину, превышающую проецированный пробег ионов, для повышения качества легирующего слоя и упрощения способа, ионную имплантацию проводят при одновременном облучении потоком электронов с энергией E_c, выбираемой из диапазона 50≥B≅E_c≅E_пор энергия порога дефектообразования.

Недостатком прототипа является сложность оборудования, сложность проведения процесса, связанная с тем, что в процессе имплантации необходимо сканировать поток электронов по поверхности, также существенным недостатком является неравномерность нагрева поверхности.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение качества обработки, равномерность нагрева поверхности до нужной температуры, упрощение способа облучения.

Задача решается тем, что в предлагаемом способе обработки, в отличие от прототипа, который использует для облучения потоком электронов сканирующий электронный луч, облучение электронами происходит при подаче на обрабатываемую поверхность положительного потенциала. При этом практически вся разность потенциалов между рабочей поверхностью и плазмой сосредоточивается в двойном слое, в котором электроны приобретают энергию, соответствующую этой разности потенциалов.

Имплантирование материала на глубину, превышающую длину проецированного пробега ионов, обусловлено протеканием диффузии; процесс диффузии обусловлен повышением температуры обрабатываемой поверхности. Одновременное облучение ионами и электронами приводит к значительно более эффективному глубокому внедрению атомов материала, чем последовательное выполнение операции.

Сущность способа поясняется чертежом.

На чертеже изображено устройство для реализации способа ионной имплантации. Устройство содержит ионный источник 1, ионный пучок 2, мишень 3, источник плазмы 4, плазму 5, экран 6, электронный пучок 7, источники питания 8 и 9.

Пример конкретной реализации способа.

Способ осуществляется следующим образом.

Ионная имплантация проводится по стандартной схеме с энергией ионов E=30 кэВ, ионным током I=40-100 мкА/см², дозой D=1,5-2·10^-17 ион/см² и одновременно генерируется плазма стандартным источником установки ННВ 6,6 И1 при давлении P=1,33·10^-3-6,65·10^-3 Па, I_д=50 А токе дуги I_A=0,1-1 А и I_K=0,15-0,2 А, плазма запирается между экраном и источником плазмы, поток электронов вытягивается посредством подачи на мишень положительного потенциала, поток электронов, облучая одновременно всю поверхность, нагревает ее, вследствие чего происходит диффузионный отжиг детали (мишени).

Способ позволяет удешевить себестоимость обработки, повысить качество имплантации, а следовательно, и ресурс работы имплантированных деталей за счет равномерного облучения поверхности мишени.

Формула изобретения

Способ ионной имплантации, в котором имплантацию ионов осуществляют на глубину, превышающую проецированный пробег ионов, при одновременной бомбардировке электронами для нагрева мишени и ее диффузионного отжига, отличающийся тем, что на обрабатываемую поверхность подают положительный потенциал и производят вытягивание электронов из плазмы электродугового испарителя.

РИСУНКИ

Рисунок 1