. Длина пробега ионов

Глубина проникновения нона в вещество характеризуется пробегом. Траектории отдельных ионов в кристалле подобны ломаным линиям, каждый прямолинейный участок и полная длина которых отличаются друг от друга. Вся совокупность пробегов отдельных ионов группируется по закону нормального распределения случайной величины со значением среднего полного пробега R и среднеквадратичным отклонением пробега ∆R. Практическую важность имеет средний нормальный пробег R_p — проекция траектории среднего полного пробега на направление первоначальной скорости иона и его среднеквадратич­ное отклонение ∆R_р.

Длинна пробега внедренных ионов:

R – средний полный пробег;

R_р –средний нормальный пробег

К механизмам потери энергии внедряемыми ионами можно отнести взаимодействие между внедряемыми ионами и электронами мишени (неупругие столкновения), а также упругие столкновения внедряемых ионов с ядрами атомов мишени. Если энергия ионов относительно мала, они теряют ее при упругом столкновении с ядрами мишени, а если энергия велика – при взаимодействии с электронами. С увеличением массы внедряемых ионов потери энергии за счет столкновений с ядрами возрастают.

Для расчета среднего полного пробега R (см) иона с энергией Е (эВ) используют формулы, в которых энергия и пробег выражены в безразмерных единицах ε и ρ соответст­венно:

Параметры распределения пробегов R_p и ∆R_p зависят от энергии ионов Е, а также от эффективного диаметра атома примеси (иначе говоря от порядкового номера z в периодической системе элементов). Чем выше Е и меньше z, тем больше R_p и ∆R_p.

На практике очень сложно обеспечить необходимую точность ориентирования. В результате имеет место неориентированное внедрение, когда падение ионов происходит под углом больше «критического».

Периодичность решетки кристалла не сказывается, ионы движутся хаотично и теряют свою энергию при взаимодействии с атомами решетки, характер распределения концентрации ионов примеси описывается функцией Гаусса:

где: N – доза облучения (ион/м2) и определяется как:

N = jt/ne

j –плотность ионного тока, А/м2; t -длительность облучения,

час; n -(1-3) кратность ионизации иона; e- заряд электрона.

Факторы, влияющие на процесс ионного легирования

Основными параметрами процесса ионного легирования являются энергия ионов E и доза облучения N.

Максимум концентрации примеси в отличие от случая введения ее методом диффузии залегает не на поверхности, а на глубине х =R_p

Отношение концентраций на глубинах Rp ± ∆Rp к максимальной:

что используют для определения дисперсии пробегов

(стандартного отклонения) по экспериментально полученным

профилям распределения

Рабочая камера установки ионной имплантации.

Установка ионной имплантации представляет собой вакуумную камеру, состоящую из ряда блоков, последовательно состыкованных с помощью уплотнений из вакуумной резины. Из источника примесь в парообразном или газообразном виде попадает в разрядный блок (ионизатор), из которого отрицательным потенциалом в 20…25 кВ ионы вытягиваются в магнитный сепаратор (масс-анализатор). Здесь в постоянном магнитном поле происходит разделение траекторий ионов с различным электрическим зарядом так, что в следующий блок проходит моноэнергетический поток ионов (с расчётным значением n). В этом блоке с помощью системы электродов ионному пучку придаётся плоская (ленточная) форма и в следующем блоке (ускорителе) ионы разгоняются до необходимой энергии. В рабочую камеру, таким образом, проходит плоский (ленточный) ионный луч, неподвижный в пространстве.

Схема рабочей камеры (последнего блока установки) приведена на рис. 13. Облучаемые пластины 1, несущие оксидную маску, размещаются по периферии держателя (контейнера) 2 в несколько ярусов. В процессе облучения пластин неподвижным ленточным лучом 5 контейнер вращается и совершает возвратно-поступательное движение. Пластины, таким образом, постепенно набирают необходимую дозу легирования. Между пластинами располагаются датчики 4, принимающие ту же дозу заряда, что и пластины.

По достижении необходимой дозы системой контроля вырабатывается сигнал, отключающий ионный луч.

Перед выгрузкой контейнера с обработанными пластинами вакуумный затвор 3 отсекает рабочую камеру от остального объёма установки, камеру открывают и производят замену контейнера с пластинами. После закрытия камеры и открывания затвора вакуумные насосы восстанавливают рабочее давление (примерно 10^-4 Па) в объёме установки и начинается следующий цикл обработки.