УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛЕГИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТИ ДЕТАЛИ ИОННЫМ ПУЧКОМ Российский патент 1996 года по МПК H01J37/317 

Изобретение относится к легированию поверхностей твердотельных образцов путем облучения их пучком ионов. Возможно использование в области научных исследований по изучению процессов взаимодействия ионов с мишенью.

Известны устройства электростатического сканирования пучка заряженных частиц (ЗЧ) по поверхности мишени, использующие пару (несколько пар) отклоняющих пластин, на которые подается изменяющаяся разность потенциалов, благодаря чему достигается отклонение пучка ЗЧ от первоначальной траектории [1,2]
Известно устройство для внедрения ионов в мишень, отклоняющее пучок ЗЧ по двум взаимно перпендикулярным плоскостям [3] Данное устройство (см.фиг.1) содержит два комплекта взаимно перпендикулярных пластин, на которых можно изменять разность потенциалов с помощью управляющих устройств (УУ) 1 и 2. УУ каждого комплекта содержит реверсивный счетчик импульсов 4, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 5, фазорасщепитель 6 и два выходных усилителя 7 и 8. На счетчик 4 УУ 1 подаются сигналы от генератора 3. Фазорасщепители преобразуют сигналы с ЦАП в два сигнала, симметричных относительно общей точки, которые после усиления в выходных усилителях поступают на отклоняющие пластины. Таким образом, на первый комплект пластин подается изменяющееся напряжение, на второй постоянное. По завершении прохода пучка ЗЧ по мишени УУ 1 выдает сигнал, вызывающий изменение напряжения на втором комплекте отклоняющих пластин на фиксированную величину. Одновременно переключается на обратное изменение напряжения на первом комплекте пластин. Пучок ЗЧ сканирует по мишени по двум координатам, равномерно легируя поверхность мишени. Устройство выбрано в качестве прототипа.

В прототипе использовано линейное сканирование пучка ЗЧ по мишени, что приводит к равномерному легированию поверхности мишени. В случае, когда требуется какая-либо зависимость степени легирования от координаты по поверхности мишени прототип использовать затруднительно, так как приходится использовать маски и процесс легирования растягивается по времени и требует увеличения производственных затрат. В случае сложных функций степени легирования по координатам применение прототипа просто невозможно.

Целью изобретения является получение неравномерности степени легирования детали (получение произвольной степени легирования в пределах строки при повторении полученной зависимости в других строках с точностью до постоянной). Дополнительной целью является формирование профиля пучка заряженных частиц (для научных исследований).

Поставленная цель достигается введением в схему прототипа дополнительных блоков, связанных определенным образом, что позволило управлять функцией сканирования по детали (мишени). В предлагаемое устройство, содержащее два блока управления (БУ), каждый из которых включает реверсивный счетчик, выход которого соединен с входом цифроаналогового преобразователя (ЦАП) и высоковольтный усилитель с парафазными выходами, образующими выходы БУ и подключенными к соответствующим комплектам взаимно перпендикулярных отклоняющих пластин, а также генератор импульсов, выход которого подключен к входу реверсивного счетчика второго блока управления, введен аналоговый сумматор, а блоки управления снабжены постоянной памятью (ПП) и вторым ЦАП, подключенным к выходу кода ПП. Адресный вход ПП соединен с выходом реверсивного счетчика, а выходы вторых ЦАП подключены к входам аналогового сумматора, выход которого соединен с входом генератора импульсов. Генератор в этом случае должен быть выполнен в виде преобразователя напряжение-период. Введение указанных блоков позволило осуществить обратную связь: выходной код счетчиков период генератора, следовательно, имеем возможность задавать интервал времени, в течение которого счетчики каждого БУ находятся в фиксированном состоянии, что соответствует определенному углу отклонения пучка ЗЧ от первоначального направления. Так как между углом отклонения и координатой попадания ЗЧ в образец существует жесткая связь, то имеем возможность задавать требуемую степень легирования каждого конкретного участка поверхности детали кодовой комбинацией, вырабатываемой ПП для данного выходного кода счетчиков. В ПП можно заложить практически любую функциональную зависимость для строки (т.е. для одной координаты), в соответствии с которой будем иметь необходимую степень легирования. ПП легко перепрограммировать или заменить, что позволяет простым образом изменять функцию. Сумматор складывает сигналы обратной связи с обоих БУ, что позволяет повторять полученную зависимость в других строках с точностью до постоянной.

Вариант предлагаемого устройства представлен на фиг. 2.

Устройство содержит два блока управления 1 и 2, сумматор аналоговых сигналов 3 и генератор 4, представляющий собой преобразователь напряжение период. Каждый БУ состоит из двоичного реверсивного счетчика импульсов 5, ЦАП 6 и ПП 7, подключенных к счетчику 5, ЦАП 8, подключенного к ПП 7 и высоковольтного усилителя 9, на который подается сигнал с ЦАП 6. Усилитель имеет два парафазных выхода, которые образуют выходы БУ и подключены к соответствующим комплектам взаимно перпендикулярных отклоняющих пластин. Выходы ЦАП 8 и обоих БУ поданы на сумматор 3, к которому подключен генератор 4. Выход генератора 4 подан на счетчик 5 БУ 1, к выходу переноса которого подключен счетчик 5 БУ 2.

Устройство работает следующим образом. Позиционный двоичный код (ПДК) со счетчиков 5 преобразуется ЦАП 6 в аналоговый сигнал, который посредством усилителей 9 формирует на отклоняющих пластинах соответствующую разность потенциалов. Пучок ЗЧ отклоняется от первоначального направления на угол, определенный разностью потенциалов на каждом комплекте отклоняющих пластин, и попадает в конкретный участок поверхности детали. Одновременно ПП 7 вырабатывает ПДК, соответствующий интервалу времени, в течение которого оба БУ должны находиться в данном фиксированном состоянии. ПДК с выходов кода ПП 7 преобразуется в аналоговый сигнал ЦАП 8. Аналоговые сигналы с обоих БУ посредством сумматора 3 управляют периодом генератора 4, который вырабатывает тактовые импульсы с периодом, пропорциональным сумме ПДК обоих ПП 7. По завершении прохода пучка ЗЧ по одной координате счетчик 5 БУ 1 изменяет направление счета и вырабатывает сигнал переноса, изменяющий состояние счетчика 5 БУ 2.

Процесс сканирования пучка ЗЧ по детали циклический и непрерывный и может продолжаться бесконечно долго. ПП 7 легко заменить на другое или перепрограммировать, благодаря чему обеспечивается простота изменения функции легирования. Предлагаемое устройство обеспечивает неравномерность степени легирования поверхности от координат, сокращение временных и производственных затрат на процесс неравномерного легирования за счет исключения применения масок, сложные функционально-координатные зависимости степени легирования. Дополнительными преимуществами устройства являются простота процесса переключения с одной функции легирования на другую за счет простой замены или перепрограммирования ПП и возможность использования устройства в научных исследованиях как устройства формирования необходимого профиля пучка ЗЧ.

Сущность изобретения: устройство содержит два комплекта взаимно перпендикулярных пластин, с помощью которых происходит отклонение пучка ионов. На каждый комплект подается изменяющаяся разность потенциалов с двух идентичных блоков управления (БУ). Каждый БУ содержит реверсивный счетчик импульсов, постоянную память (ПП), два цифроаналоговых преобразователя (ЦАП) и выходной усилитель с парафазными выходами, к которым подключены отклоняющие пластины. ПП и первый ЦАП подключены к счетчику, второй ЦАП - к выходам кода ПП, а усилитель - к первому ЦАП. На счетчик первого БУ подаются импульсы от генератора, на счетчик второго БУ импульс переноса, вырабатываемый в момент изменения направления счета счетчика первого БУ. Сигналы со вторых ЦАП обоих БУ через сумматор аналоговых сигналов управляют периодом следования импульсов генератора. 2 ил.

Устройство для легирования поверхности детали ионным пучком, содержащее два блока управления, каждый из которых включает реверсивный счетчик, выход которого соединен с входом цифроаналогового преобразователя, и высоковольтный усилитель с парафазными выходами, образующими выходы блока управления и подключенными к соответствующим комплектам взаимно перпендикулярных отклоняющих пластин, а также генератор импульсов, выход которого подключен к входу реверсивного счетчика первого блока управления, выход переноса которого соединен с входом реверсивного счетчика второго блока управления, отличающееся тем, что оно снабжено аналоговым сумматором, а блоки управления выполнены с вторым цифроаналоговым преобразователем, вход которого соединен с выходом дополнительно введенного блока постоянной памяти, адресный вход которого подключен к выходу реверсивного счетчика, при этом выходы вторых цифроаналоговых преобразователей блоков управления соединены с входами аналогового сумматора, выход которого подключен к входу генератора импульсов, выполненного в виде преобразователя напряжение период.