Способ определения распределения плотности потока ионных пучков Советский патент 1993 года по МПК G01T1/29 

Изобретение относится к ускоритель- ной технике и экспериментальной ядерной физике и наиболее эффективно может быть использовано для наладки и настройки ускорителей, исследования различных режимов ускорения.

Целью изобретения является повышение точности определения и расширение диапазона определяемых плотностей потока ионов.

На фиг. 1 показано распределение Не в двух взаимно перпендикулярных направлениях X и Y с началом координат в центре пучка. Распределение строится в отн.ед. (h/Si), где Si - площадь пробоотборэ; h - величина относительного аналитического сигнала. Переход от распределения в единицах (h/Si) к распределению плотности потока пучка осуществляется по формуле

Д-Kth/Si),

где К eSs0h/SidS

где I - полный ток пучка, S0 - площадь,

облученная ионным пучком.

При облучении пробного образца происходит внедрение ионов и накопление в образце. Пробег ионов в твердых телах обычно не превышает 1 мкм. Поэтому при использовании лазерного пробоотбора можно отобрать микропробу с глубиной заведомо больше максимального пробега ионов. Поскольку доза накапливается линейно со временем, зная время ее накопления, можно рассчитать плотность потока ионов, которая ограничивается минимально достижимой в ускорителе. Локальность метода, достигнутая на установке, не хуже 30 мкм. и она может быть существенно улучшена. Это позволяет при накоплении соответствующей дозы строить точнее профиль

О 00

ел

V4

ю

распределения плотности потока ионов даже для областей, которые не визуализируются при малой плотности потока. Кроме того, при нестабильности пучка ионов происходит усреднение определяемых характеристик. Экспрессность метода 15 с на точку в профиле распределения.

При наличии в ускорителе оптического иллюминатора и датчика масс-спектрометра можно проводить определения концентрации внедренных ионоо непосредственно в ускорительной камере. Способ позволяет изучать как непрерывные, так и импульсные пучки. Предложенный способ помехоустойчив, не вносит искажения в ионный пучок и не требует изменения конструкции ускорительных камер.

Пример. Кремниевую пластину размером 10 -15 -1 мм2, не содержащую гелий, облучают потоком ионоа Не с энергией 9 КэВ перпендикулярно ее поверхности на установке VGSclentlflc. Размер ионного пучка превышает размер пластинки. Глубина внедрения ионов в SI составляет 600 Д. Ток ионов 100 мкА, оремя имплантации 103 с. Определение концентрации внедренных ионов в кремний осуществляют на лазерной масс-спектрометрической установке. Луч лазера (AHRNd) фокусируется с помощью лазерного микроскопа от установки LMA-1 (ГДР) на поверхность образца, помещенного в вакуумную камеру с оптическим иллюминатором. Вакуумная камера соединяется с омегатронным масс-спектрометром ИПДО-2А. Вся система откачивается до давления торр. Максимальная энергия лазерного импульса в режиме свободной генерации 1 Дж. Под действием лазерного импульса происходит плавление и ntna- рение микропробы вещества, выделенный при этом газ по вакуум-проводу поступает в датчик масс-спектрометра. Была выбрана локальность 140 мкм, глубина пробоотбора 10 мкм, которая значительно превышает максимальный пробег ионов в веществе. Выбор места пробоотбора и измерение параметров кратера проводится с использова- нием лазерного микроскопа. При неизменных условиях пробоотборз размеры кратера изменяются в пределах погрешности 0,1.

Под действием ионного пучка поверхность изменяет свои оптические характеристики, появляются цвета побежалости. По этой картине можно оценить нахождение центра пучка. Из чертеже видно, что распределение плотности потока пучка не одинаково в различных направлениях.

Изобретение позволяет повысить точность измерения распределения плотности

потока заряженных частиц до 10 мкм, в то время как в известном способе эта величина не лучше 200 мкм. Для предлагаемого способа величина плотности потока ионов не

имеет большого значения, так как происходит накопление внедренных ионов в пробный образец, при этом минимальная доза оценивается величиной 1011 ионов/см2. Минимальная плотность тока может иметь

0 очень низкую величину и ограничивается только разумным временем выбора экспозиции (т.е. временем поддержания неизменных параметров ускорителей). Поэтому можно более точно измерить диаметр пучка

5 ионов Изобретение можно использовать для диагностики как заряженных, так и нейтральных пучков. При наклоне пробного образца по отношению к пучку ионов из распределения плотности потока излучения

0 можно рассчитать расходимость пучка и тем самым построить трехмерную картину распределения плотности потока частиц в пучке.

Формула изобретения

5Способ определения распределения

плотности потока ионных пучков, включающий измерение полного тока пучка, помещение в вакуумную камеру пластины пробного образца и облучение ее пучком

0 ионов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения и расширения диапазона определяемых плотностей, облучение ведут заданной дозой

5 ионои с последующим локальным лазерным пробоотбором и регистрацией выделенных газов, глубину пробоотбора выбирают не ниже максимального пробега ионов в материале образца, дозу облучения Д выбираю исходл из соотношения Д,13с Д .

где Днас - предельная доза насыщения материала образца; о- предел обнаружения лазерного масс-спектрометрического мето- 5 да; Si - площадь пробоотбора, время облучения - не ниже

t -ДЈ--v 1 Si n l/(S2c)

где n -точность построения распределения 0 плотности потока излучения:

I - полный ток пучка:

Sa - предлагаемая площадь поперечного сечения пучка:

е - величина элементарного заряда, 5 строят профиль распределения концентрации внедренных ионов в единицах h/Si, где h - величина аналитического сигнала, а рас- поеделение плотности потока определяют, исходя из построенного профиля с учетом градуировочного коэффициента

K e SSo nTSi d S

где So - площадь, облученнаЛ ионным п ком.

Изобретение относится к технике измерений параметров ионных пучков. Целью изобретения является повышение точности определения и расширение диапазона определяемых плотностей. Цель достигается тем. что в вакуумной камере, где размещают пластину пробного образца, подвергаемого облучению, после облучения его исследуемым пучком осуществляют лазерный пробо- отборс регистрацией выделенных газов, по которым судят о степени внедрения ионов в образец, затем строят профили распределе- - ния концентрации внедренных ионов, по которому судят о распределении плотности потока ионных пучков. При выполнении определенных условий достигается значительная точность, на уровне 10 мкм о пространственных координатах. 1 ил. Ё

О