Методы модифицирования поверхности твердого тела
Ионная имплантация
Задачи, для решения которых используется ионная имплантация:
ионное легирование; загонка примеси при диффузии;
формирование оксидной изоляции (подложки кремний на изоляторе);
изготовление подложек «кремний на изоляторе» по методу smart-cut;
химический синтез (например, слоя SiC на поверхности кремния).
Ионная имплантация, модель Линдхарда, Шиотта и Шарфа
|
|
|
|
Nmax |
|
Q |
|
|
|
||
E R |
|
, R |
|
|
Q Nmax |
2 Rp |
|||||
|
|
|
|
|
|||||||
p |
p |
2 Rp |
|||||||||
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
x Rp |
|
2 |
|
|
|
Q |
|
|
|
|
x Rp |
|
2 |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
N x,t Nmax exp |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
exp |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
2 R |
|
2 R |
|
|
2 R |
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
p |
|
|
|
|
|
p |
|
|
|
|
|
|
p |
|
||
Формирование p-n –переходов с применением ионной имплантации
x j Rp Rp |
2ln |
Nmax |
|
- глубина залегания p-n-перехода |
|
||||
|
|
Nисх |
||
NS Nисх N 0
N x,t |
|
Q |
|
π 2ΔR2p 4Dt |
|
|
|
Rp = Rp Si + d SiO2
exp
- результирующая поверхностная концентрация
x |
Rp |
2 |
|
|
|
- профиль распределения |
|||
|
|
|
|
|
2ΔR |
2 |
|
|
|
p |
4Dtпримеси при имплантации с |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
последующим отжигом |
- расчет средней проецированной длины пробега ионов при имплантации через слой окисла
Имплантация через слой SiO2
|
|
|
Q |
|
|
|
|
x Rp1 |
|
2 |
|
N1 |
x,t |
|
|
|
|
exp |
|
|
|
|
|
|
2π R |
|
|
2 R |
|
||||||
|
|
|
p1 |
|
|
p1 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
Q |
|
|
|
x R' |
p2 |
|
2 |
N |
2 |
|
x,t |
|
|
|
|
exp |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
2π Rp 2 |
|
|
2 Rp2 |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Электронное и ионное торможение
Sn 4,3 |
10 |
30 |
z1 z2 |
|
M1 |
Se K E1/ 2 |
|
z1/ 3 |
|
M1 M 2 |
|||
z1/ 3 z12 / 3 z22 / 3 1/ 2 |
Для аморфного кремния |
|||||
К = 0,2·10-15 эВ1/2·см2 |
||||||
М1, М2 – молекулярные массы падающего иона и материала подложки соответственно, zi – атомные номера, К – коэффициент, учитывающий плотность и дефектность подложки
Критическая энергия иона
Sn = Se |
E1/ 2 |
B |
z1z2 |
|
M1 |
|
|
|
|||
|
k |
|
z1/ 3 M1 M2 |
||
|
|
|
|||
Для ионов бора (Z1=5, М1=10) Ek = 10 кэВ
Для ионов фосфора (Z1=15, M1=30) Ek = 200кэВ
При E<< Ek (Sn >Se) радиационные дефекты образуются вдоль всей траектории ионов
При E>>Ek радиационные дефекты образуются в конце траектории
Эффект каналирования
|
dE |
N(Sn Se ) |
dx |
1 |
|
dE |
|
1 E |
dE |
|
dx |
|
|
Rp |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
N Sn Se |
N 0 Sn Se |
||||||
|
|
|
|
|
||||||
Sn – ядерное торможение, Se – электронное торможение, E – энергия падающего иона.
Распределение Пирсона для бора
Схема установки для ионной имплантации
1 - источник ионов
2 - масс-спектрометр
3 - диафрагма
4 - источник высокого напряжения
5 - ускоряющая трубка
6 - линзы
7 - источник питания линз
8 - система отклонения луча по вертикали 9 - система отклонения луча по горизонтали
10 - мишень для поглощения нейтральных частиц 11 - подложка 12 - электрометр
R |
1 |
|
2mU |
B |
|
ne |
|
|
|
R – радиус кривизны траектории иона в магнитном поле с индукцией В