Санкт-Петербургский государственный политехнический университет

Физико-механический факультет

Кафедра экспериментальной ядерной физики

Работа допущена к защите

Заведующий кафедрой

______________ Бердников Я.А.

«___»______________2012 г.

Выпускная работа бакалавра

Тема: «Расчёт формирования равномерных полей облучения протонами с энергиями от 5 до 15 МэВ на циклотроне МГЦ-20»

Направление: 140400 – Техническая физика

Выполнил студент гр.4051/1 ______________ Рыбченко С.С.

^{(подпись)}

Руководитель, ______________ Забродин Б.В.

^{(подпись)}

Рецензент, _____________

^{(подпись)}

Санкт-Петербург

2012г.

Задание на работу

1. Ознакомиться с принципом работы и устройством циклотрона

2. Ознакомиться с программой SRIM

3. Провести моделирование прохождения пучка протонов сквозь систему формирования, состоящую из ионопроводов и рассеивающих фольг.

4. На основе полученных данных оптимизировать систему формирования пучка и рассчитать оптимальные значения

Реферат

Данная бакалаврская работа состоит из 34 страниц. В тексте работы содержится 10 рисунков, представленных графиками и схемами, а также 5 таблиц. В работе исследована возможность облучения кремниевых пластин с диаметром до 100 мм равномерными полями протонов с энергией от 5 до 15 МэВ, а также представлен расчёт самой системы формирования.

Содержание………………………………………………………...…..……...стр.4

Введение……………………………………………………………..………. стр.6

1.Теоретическая часть…………………………………..…………………... стр.8

1.1 Циклотрон, принцип работы……………………………………….…. стр.8

1.1.1 Изохронный циклотрон……………………………………..…….стр.16

1.1.2. Циклотрон МГЦ-20………………………………….……...…….стр.17

1.2 Программа SRIM………………………………………………………стр.17

1.3 Модифицирование полупроводников пучками протонов..........…...стр.18

1.3.1 Радиационное легирование……………….………………………стр.18

1.3.1.1 Ионная имплантация…………….………………………...….стр.19

1.3.2. Ионно-стимулированные процессы…………………….………стр. 20

2. Экспериментальная часть…………………….……………………….....стр.21

2.2 Расчёт составляющих системы формирования равномерного поля протонов………………………………………….………………………………стр.22

2.2.1 Первая рассеивающая фольга…..………………………………...стр.22

2.2.2Первый ионопровод...……………………………………………...стр.23

2.2.3 Вторая рассеивающая фольга…………………………..………...стр.23

2.2.4 Второй ионопровод………………………………………………..стр.23

2.2.5 Третья рассеивающая фольга…………………………………..…стр.24

2.3 Итоговые данные…………………………………………………...…стр.31

Выводы……………………………………………………………………….стр.33

Список используемой литературы…………………………………………стр.34

Введение

Непрерывное усложнение задач полупроводниковой электроники, развитие её новых направлений, таких как наноэлектроника и оптоэлектроника, продемонстрировали ограниченность используемых в настоящее время технологических процессов легирования и предопределили поиск и разработку новых методов, наиболее перспективными из которых являются радиационные методы.

Для проведения неоднородного по глубине легирования необходимо использовать такой вид радиационного воздействия, который обеспечит эффективное изменение свойств полупроводника на контролируемых глубинах. С этих позиций оптимальным является использование короткопробежных заряженных частиц, в частности ускоренных ионов, из-за их характерного профиля тормозных потерь энергии.

Наряду с практической важностью исследования радиационного легирования полупроводниковых материалов с использованием заряженных частиц, такой цикл работ оказался актуальным ив научном плане, поскольку с их помощью были получены дополнительные, необходимые для развития радиационной физики твёрдого тела сведения о процессах генерации радиационных дефектов, свойствах этих дефектов и их взаимодействии с примесями в полупроводниках. Проведённые за последние двадцать лет исследования выявили и наиболее перспективный вид заряженных частиц: это оказались самые лёгкие ионы – протоны. Так сформировалось новое направление радиационного легирования – модифицирование полупроводников пучками протонов.

В данной работе проведено исследование возможности использование этого метода на циклотроне МГЦ-20. В данном случаем необходимо облучать равномерным полем протонов мишень с радиусом 5 см. Так как из циклотрона выходит точечный (диаметром 3 мм) пучок протонов, то между ней и циклотроном находится система формирования. Она состоит из пяти элементов: трёх рассеивающих фольг и двух ионопроводов (рис.1).

Рис.1 Схема системы формирования равномерного поля протонов

Основными характеристиками, которые определяет поле, являются:

1. Неоднородность поля – показывает, насколько больше частиц попадет в центр мишени, нежели по краям

Для нормального облучения мишени необходимо, что этот показатель был меньше 10%

2. Плотность тока в мишени – показывает интенсивность облучения мишени

Для более эффективного облучения необходимо добиться как можно более высокого значения плотности тока

3. Разброс по энергии – отклонение от среднего значения энергии протонов

Для нормального облучения мишени необходимо, чтобы разброс по энергиям был не больше ±10% от среднего значения

Система формирования должна быть универсальной – необходимо, чтобы поле эти требования выполнялись при выходных энергиях в 5 МэВ и 8 МэВ.

Моделирование эксперимента производится на программе SRIM.

Главная задача этой работы – подобрать такие составляющие системы формирования, чтобы выполнялись все необходимые условия.