Способ ионного легирования материалов
О П И С А Н И Е ««59Ю87
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советских
Социалистических
Республик (61) Дополнительное к авт. евид-ву— (22) Заявлено 23.07.F6 (21) 2387543/18-25 (51) М,Кл.2 Н 01 1. 21/265 с присоединением заявки—
Государственный комитет
СССР по делам изобретеиий и открытий (23) Приоритет—
1 (43) Опубликовано 28.02 80. Бюллетень № 8 (53) УДК 621.382 (088.8) (45) Дата опубликования описания 28,02.80 (72) Авторы кзобретения
В. ф. Реутов и Г. T. Ждан
Институт ядерной физики АН Казахской ССР (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИОННОГО ЛЕГИРОВАНИЯ МАТЕРИАЛОВ
Изобретение относится х области ускорительной технички и может быть,использовано для,внедрения в материал на,различ.ную глубину ускоренных,ионов различных элементов для физических исследований и произвюдства полупроводниковых и сверхпроводниковых материалов.
При обычных условиях облучения материалов, зона по нного легирювания образу- 10 ется в,конце прабега заряженных частиц, а размер ее определяется разбросом пробегов июно в в:веществе и составляет несколько проценто в от величины,полного пробега.
Для получения зоны ионнопю легирования 15 заданной ширины и на заданной глубине облучавмюго образца необходимо обеспечить услювия плавного перемещения конца ввробета пучка ионов,по глубине образца.
Из вестовые:способы июннюпо легиро ва ния материалов путем наклона облуча емого образца отнюсительню на правления пучка ионов имеют серьезный недостаток, захлючаюшийся прежде lacего в необходимости и спользавания ЭВМ для задавания скорости поворота обр азца. Способы, основанные на изменении энер гии падающих на образец ионов с помющью поглощающего фильтра в виде клина, не.позволяют Нспользовать широкие пучки июнов, поэтому для ионного легирования больших образlIGlB нео бходимю обеспечить сканирование узкого пучка ионов по поверхности образца.
Кроме того, использование подобного способа связано с определенными трудностями при,изпото влении:тормозящих,кл1иньев и
Определении характера IBâîäà их в пучок ионов.
Известен способ ионного легирования материалов, заключающий ся;в том, что глубину проникновения ионов в облучаемый образец, изменяют путем торможения первичного пучка ионов. Толщина фольг и их набор позволяет д искретно изменить глубину проникновения ионов в облучаемый образец и тем самым дают возможность получать зону ионного легирования заданного профиля, Однако этот апособ ионного легирован ия связан с,использюванием трудно выполнимых калиброванных фильтров со строго
Определенной тор мюзнюй способностью.
Кроме того, для каждого типа ионов в зависи мости ют заданной, начальной энергии необходимо использовать свой набор тормозных фольг.
Целью:изобретения является упрощение процесса легирования, снижение трудоза591087
10
50
55 трат и унификация слоооба для ионов с различной энертией.
Поставленная цель достигается тем, что пучок ионов выводят в атмосферу,и его торможение осуществляют слоем воздуха, толщину которого изменяют путем перемещения облучаемого образца вдоль пути движения НоНоВ.
Изменяя расстояние пролета ионов в воздухе, соответственно изменяют глубину прон|икновения ионов в облучаемый образец. Таким образом осуществляют перемещение конца пробега пучка ионов по глубине образца, чем и обеспечивают получение зоны ибнного легирования заданного профиля.
Кроме того,,равномерное по глубине .образца ионное легирован ие люлучают путем равномерного перемещения облучаемюго образца вдоль пути ирюбега ионов в,воздухе. Концентрация внедренных на глубине образца ионов за один период перемещения определяется формулой
Ф
N(R) =
v ° dR dXjg
1 где N(R) — концентрация внедренных,попав на глуб и.не образца;
Ф вЂ” лотак падающих на образец ионав;
v — скорость перемещения образца; сЯ /dX/p — производная в точке R функции R= f(X) измерения глубины проникновения ионю)в B облучаемый юбразец от пути прохождения падающим пучком слоя воз духа толщиной Х. При ло стояннюй величине потока частиц Ф и постоянной скорости п еромещения образца, нера вномер нюсть кон центраци и Bíåäpåííûõ ионав обусловлена только, изменением величины dR/dX.
Функцию R=f(X) определяют численным методом по кривым «пробег — энергия» для воздуха и материала аблучаемото образца. На всем интервале, июключая толыко граничные участки, она имеет л инейный характер, т. е. dR/dX = oonst, иоэтому условие paIBIHQMBpности насыщения IHio глубине о бразца выполняется.
Для пол учения равномерного ионного летиравания по всей толщине облучаемого образца, плоский образоц:рааномерно пере. мещают вдоль направления пучка в пределах от люлного прюбага ионов в вюздухе, когда .ионы не поникают в образец, до полюжения,:когда глубина пронокнювения ионав равна толщине образца. При этом бе:рут образец толщиной,,не превышающей длину полного дробега первичного пучка ионов в данном материале. Расчеты показы вают, что нернвнамерность ион ното легиpIoIBaHIHH ле превышает 20% в пр ипаверх20
40 постных слоях, оаставляющих 10 от всей толщины облуча омого образца.
На фиг. 1 лредставлена .зависимость глубины .проникнавения прютано1в с начальБой энергией 9,45 МэВ iB алюминии I, меди
II, свинце Ш от толщины слоя воздуха Х, проходящего IHiyHIHOIM ча стиц. Как видно, для алюминия эта зависимость имеет линейный характер,на всем интервале. Для меди и, в большей степени для ioBHIHua, линеиность .нарушается .на гран и чных участ,ках, составляющих 10 — 15% ют всей толщины образца.
На фланг. 2 представлена ра ссчитанная зависимость приведенной концентрации внедренного водорода N/9t p (N — число внедренных HQHQIB водарада в 1 смз, Ф— лоток падающих на,образец ионов, который лрини мается постоянным, t — время облучения, р — плотность облучаемого мате.риа ла) ло глубине медного образца при облучен ии .пучком протано в Ic начальной энергией 9,45 МэВ методом ра вномерного ионного легирования. Кривая IV характеризует ра вномер насть ионного легнрования при односторонн ем аблучен ии образца. В приповерхностных слоях образца отклонение концентрациями от ареднего значения не превышает 20 . При о блучении образца с обеих сторон (кривая V) концентрация внедренных июнов IB приловорхнюстных слоях меньше, чем IB остальном объеме образца, на 10%.
Использование лредла|гаемого способа нонн1ого лециравания,обеспечивает по сра внен ию с существующими способа ми следующие преимущества: унификацию способа ионного легирава ния для всех ионов с различной энергией, чтю особенно важно при облучении на и|зохранных щиклотронах; исключение применения труд новы пюлнимых,калибраванных фильтровав со строго оп ределенной тормозной способностью, замена их слоем воздуха при выводе пучка в атмосферу; исключение необход1имости сканирования пучка ионов ло поверхности облучаемюго образца и применение селекторного механизма тормозящих фильтров позволяют реализовать предлагаемый способ в простом и надежном устройспве.
Ф ор мул а изобретения
1. Способ ионного легнравания материалю в, заключающийся в там, что,глубину проникновения ионов IB облучаамый образец изменяют путем торможения лервичного Inyma ионов, отличающий си тем, что, с целью упрощения процесса легирава.н ия, снижения трудозатрат и унификации юпособа для ионов с различной э,нергией, пучок ионов выводят в атмосферу и их торможоние ооущеспвляют слоем воздуха, тюл591087 щину. которопо,изменяют перемещением облучаемого образца вдоль пути движения ионов.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью равномерного ионного леги рования ло глубине образца, облучаемый образец, перемещают равномерно, 1 ю
I ф
<
%5 ф
Ъ
% ф ь
roo
so зиха г сн
4оие, г
roo zoo М г <@ гуща й, ие сп авив. г
Составитель А. Балашов
Техред В. Серикова
Корректор С. Файн
Редактор Е. Месропова
Заказ 110/181 Изд. № 195 Тираж 857 . Подписное
НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Тип. Харьк. фил. пред. «Патент»
%ю е
% ъ
1 ф
1 ф
Ъ
Ь ф
Ъ
3. Способ по пп. 1,и 2, о т л и ч а ю щ и йся тем, что, с целью лепирования ионами образца IIO всей толщлне, плоский образец толщиной, рави!ой длине пробега первичного пучка ионов и материале, перемещают на всем пути пробега ионов IB воздухе,
