Устройство для имплантации вещества в материалы Советский патент 1986 года по МПК C23C14/00 

00 §

О9

1 Изобретение относится к имплантации ионов в различные материалы и может быть использовано при изго- товлении полупроводников.

Известно устройство, реализующее способ введения ра иоактивных изотопов в материал, содержащее источник ионизирующего излучения и облучаемый элемент, помещенный в среду, включающую исходный элемент. При облучении в среде в р езультате ядерных превращений образуется требуемый изотоп, которьй имплантируется в образец 3k 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 вьщерживания образца из-за наведенной в нем радиоактивности.

Ближайшим техническим решением является устройство для имплантации вещества в материалы, содержащее источник ускоренных электронов и облзд1аемую мишень из имплантируемог вещества, наложенную на обрабатываемый материал.

В известном устройстве используется аморфная мишень, которая наложена (нанесена) на обрабатьшаемый 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 дефекто

Недостатком известного устройства является низкая производительность, что определяется низким сечением взаимодействия электронов с ядрами вещества по сравнению с

нейтронами. I

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.

180832

наложенною на обрабатываемый материал, мишень вьтолнена из монокристаллической фольги и ориентирована относител:ьно направления пучка

5 электронов так,что выполняется условие осевого или плоскостного каналирования электронов.

На фиг. 1 схематично изображено устройство для имплантации, на

10 фиг. 2 - график расчетного распределения плотности локализации потока электроне в относительно атомной . плоскости в кристалле алюминия (грань 110) при энергии электронов

15 10 MaBj на фиг. 3 - график зависимости требуемого времени имплантации от ориентации мишени из алюминия относительно направления электроново

20 Устройство содержит источник ускоренных электронов 1, монокристаплическую фольгу 2 из имплантируемого материала, установленную на обрабатываемом материале 3. Монокрис25 таллическая фольга ориентирована так, что ее кристаллографические оси совпадаютС направлением пучка. Фольга 2 и материал 3 помещены в |охлаждае;мый объем, чтобы избежать

Зд 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 обрабатываемьш материал 3 за счет кинетической энергии, приобретаемой при выбивании электронами.

О Как известно, число первично выбитых атомов N при облучении мишени электронами

N ntN,uc,

где п - плотность потока облученияJ -t - длительность облучения; NC - плотность упаковки атомов в

мишени;

Of - сечение смещения атома. При соответствующей ориентации монокристаллической мишени относительно пучка электронов происходит так называемое каналирование электронов, приводящее к образованию квантовых ссстояний в потенциалах атомных рядов (осевое каналирование) или штос;костей (плоскостное каналирование) . Вероятность заселения того

3

или иного квантового состояния зависит от угла наклона кристалла относительно направления падения электронного пучка. При падении электроно параллельно плотно упакованным кристаллографическим осям или плоскостям кристаллов заселяется преимущественн основное квантовое состояние. Коэффициент локализации электронов для этого случая

)p|v(-ollV

где сзр - межплоскостное расстояние

в мишениi (f( - волновая функция электрона

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

N ni,,Ng6c;

11 i / k

длительность облучения монокристаллической мишени.

83

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

На фиг, 2 показана локализация электронного пучка (), а на фиг. 3 приведен пересчет этого эффекта в виде зависимости времени обработки i от угла между направлением падения электронного пучка и атомной

плоскостью. Максимальные значения с соответствуют амл)рфной ьшшени, а минимальное - идеальной ориентации мишени. Повышение производительности прЬцесса имплантации может достигать 5-15 раз.

Минимально допустимая толпщна 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 А. Такие мишени могут быть получены напыпением.

Таким образом изобретение позво;. ляет повысить производительность процесса имплантации в 5-15 раз и практически исключить наведенную радиацию в образцах.

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.

1

2

-f,ff

f.0

О Фиг. 2

«,V 30

20

fO

0,0200.02 V