Способ ионного легирования материалов

Союз Советских Социалистических Республик3) Опубликовано 28.02 80, Бюллетень8 5) Дата опубликования описания 28,02.80 2) Авторыизобретения В. ф, Реутов и Г. Т. Ждан ститут ядерной физики АН Казахской С71) Заявитель АТЕРИ ННОГО ЛЕГИРОВА(54) СПОС тся х области ускоожет быть,использоматериал на,различых,ионов различных ских исследований и одниковых и сверх- алов. июнболь Изобретение относи рительной техниии и м ва,но для,внедрения в ную глубину ускоренн элементов для физике произвюдства полупров проводниковых матери ов, поэтому ших образаннрованис и образца.бного спорудностями ,клиньев и их в пучок ь с ер хиос е подо ными т зящих ввода ото легирования вся,в том, что ионов в облучаеутем торможения Толщина фольг и жретно изменить ионов в облучаем дают возможного легировавия ионного леги анием труднов фильтров со ст нюй способнос го типа ионов в,начальной эне ть свой наборровыпо гии вляется упрощени снижение трудоза При обычных условиях облучен Риалов, зона понного легирювания ется в,конце прабега заряженных а размер ее определяется разбросо гов ионов в,веществе и составляет ко процентов от величины,полного Для получения зоны ионнопо лег заданной ширины и на заданной облучавмого образца необходимо чить условия плавного перемещен ввробета пучка ионов,по глубине об ия матеобразучастиц,м пробенескольпробега.ирования 15 глубинеобеапеия концаранца. Известные способы июннапо легирования материалов путем, наклона облучаемого образца относительно направления пучка ионов имеют серьезный недостаток, захлючаюшийся прежде всего в необходимости использования ЭВМ для задания скорости поворота образца. Способы, основанные на изменении энервии падающих на образец ионов с помощью потлощающего фильтра в виде клина, не.позволяют иа- З 0 пользовать широкие пучк для ионного легирования цов необходимо обеопеч узкого пучка ионов по пов Кроме того, использовани соба связано с определен при,изпотовлении тормо определении характера ионов.Известен способ ионн материалов, заключающи глубину проникновения мый образец, изменяют п первичного пучка ионов. их набор позволяет данс глубину проникновения мый образец и тем самы ность получать зону ион заданного профиля,Однако этот способ нация связан с,использов нимых калиброванных определенной тормюз Кроме того, для каждо висимости от заданной необходимо использова мозных фольг,Целью .изобретения процесса легирования,трат и унификация способа для ионов с различной энертией.Поставленная цель достигается тем, что пучок ионов выводят в атмосферу,и его торможение осуществляют слюем воздуха, толщину которого изменяют путем перемещения облучаемого образца вдоль пути движения ионов,Изменяя расстояние пролета ионов в воздухе, соответственно изменяют глубину проннкновения ионов в облучаемый образец. Таким образом осуществляют перемещение конца пробега пучка ионов по глубине образца, чем и обеспечивают получение зоны ионного легирования заданного профиля.Кроме тогоравномерное по глубине образца ионное легирование лолучают путем равномерного перемещения облучаемого образца вдюль пути ирюбега ионов в,воздухе. Концентрация внедренных на глубине образца ионов за один период перемещения определяется формулойгде Л/Я) - концежлрация внедренных,ионов на глубине образца;Ф - лоток падающих на образеционов;о - скорость перемещения юбразца;И/дХ/р - производная в точке Р функции Р=ЯХ) измерения глубины проникновения ионов в облучаемый юбразец от пути прохождения падающим пучком слоя воз духа толщинюй Х. При люстоянной величине потока частиц Ф и постоянной скорости перемещения образца, неравномернюсть концентрации внедренных ионав обусловлена только, изменением величины сИИХ. Функцию й=/(Х) определяют численным методом по кривым пробег - энергия для воздуха и материала облучаемото образца. На всем интервале, июключая толыко граничные участки, она имеет линейный ха. рактер, т. е. И/дХ = оопз 1, иоэтому усло. вие равномернюсти насыщения пю глубине образца выполняется.Для получения равномерного ионного летиравания по всей толщине облучаемого образца, плоский образец:раьномерно пере мещают вдоль направления пучка в пределах от лолного пробега ионов в вюздухе, когда ионы не праникают в образец, до по. люжениякогда глубина пронокнювения ио. нов равна толщине образца. При этом берут образец толщинойне превышающей длину полного дробега первичного пучка ионов в даином материале. Расчеты показывают, что неравномерность ионното легироваиия не превышает 20% в припаверхностных слоях, составляющих 10% от всей толщины облучаемого образца.На фиг, 1 представлена зависимостьглубины проникновения прютонав с начальБой энерлией 9,45 МэВ в алюминии 1, меди 11, свинце 111 от толщины слоя воздуха Х, проходящего пучочком частиц. Как видно, для алюминия эта зависимость имеет лионейный характер иа всем интервале, Для меди и, в большей степени для овинца, линейность,нарушается на лраничных участ,ках, составляющих 10 - 15% ют всей толщины образца.5На фланг. 2 представлена рассчитаннаязависимость приведенной коицентрации внедренного водорода Ж/Ф/р (Л/ - число внедренных ионав водорода в 1 смз, Ф - поток падающих на,образец ионов, который лринимается постоянным, 1 - время облученля, р - плотность облучаемюго материала) ло глубине медного образца при облучении пучком лротанов с начальной энергией 9,45 МэВ методом равномерного ионного легирования. Красивая 1 У характеризует равномерность ионного легирования при юднюстороннем облучении образца. В приповерхностных слоях образца отклонение концентрациями от ареднего значения не превышает 20%. При облучении образца с обеих сторон (крдвая Ч) концентрация внедренных июнов в приловерхнюстных слоях меньше, чем в остальномобъеме образца, на 10%.З 5 Использавание Лредлагаемого способаионнюто лелирования,обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества: унификацию юпособа ионного легирования для всех ио нов с различной энерпией, что особенноважно при облучении на изохранных щиклотронах; исключение применения трудновыпюлнимых,калибраванных фильцров со строо определенной тормозной способ ностью, замена их слоем воздуха при выводе пучка в атмосферу; исключение необходимости сканирования пучка ионов по поверхности юблучаемого образца и применение селекторного механизма тормозящих БО фильтров позволяют реализовать предлагаемый способ в простом и надежном устройспве. Ф ор мул а изобретения 551. Способ ионного легиравания материалов, заключающийся в там, что,глубину проникновения ионов в облучаемый образец изменяют путем торможения первичного пучка ионов, отличающийся тем, что, с целью упрощения процесса легировання, снижения трудозатрат и унификации юпособа для ионов с различной энергией, пучок ионов выводят в атмосферу и их торможение ооущеспвляют слоем воздуха, тол591087 1ю 1 оо юйюа Возбуха Х, сн Рие, г юо гоо Ьиио оБразца й, иг/сп г а.г Составитель А. БалашовМесропова Техред В. Серякова Корректор С. Фай Редакт Тип. Харьк. фил. пред. Патент щину. которопо,изменяют леремещением облучаемого образца вдоль пути движения ионов.2, Способ по п, .1, отличающийся тем, что, с целью равномерного ионного легирования ло глубине образца, облучаемый образец. перемещают равномерно,Заказ 110/181 Изд,195НПО Поиск Государственного комитета СС113035, Москва, Ж.35, Ра 3, Способ по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ и йся тем, что, с целью левирования ионами образца по всей толщдне, плоский образец толщиной, равиой длине вробега аервично. го пучка ионов и материале, атеремещают на всем пути пробега ионов в воздухе,Тираж 857 . ПодписноеР по делам изобретений и открытий ская наб., д. 4/5