к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

А   Б   В   Г   Д   Е   Ж   З   И   К   Л   М   Н   О   П   Р   С   Т   У   Ф   Х   Ц   Ч   Ш   Э   Ю   Я  

Ионная имплантация (ионное внедрение, ионное легирование)

Ионная имплантация (ионное внедрение, ионное легирование) - введение примесных атомов в твёрдое тело бомбардировкой его поверхности ускоренными ионами. При ионной бомбардировке мишени наряду с процессами распыления поверхности, ионно-ионной эмиссии, образования радиационных дефектов и др. происходит проникновение ионов в глубь мишени. Внедрение ионов становится существенным при энергии ионов E>1 кэВ. Движущиеся частицы в результате многократных столкновений постепенно теряют энергию, рассеиваются и в конечном итоге либо отражаются назад, либо останавливаются, распределяясь по глубине. Энергетич. потери обусловлены как взаимодействием с электронами мишени (неупругие столкновения), так и парными ядерными (упругими) столкновениями, при к-рых энергия передаётся атомам мишени в целом и резко изменяется направление движения частицы. При высоких энергиях и малых прицельных параметрах ядра сталкивающихся частиц сближаются на расстояния, меньшие радиусов электронных орбит, и их взаимодействие описывается кулоновским потенциалом. При низких энергиях существенно экранирование ядер электронами и потенциал взаимодействия:
10-65.jpg
где Z1, Z2 - ат. номера иона и атома мишени, r - расстояние между ядрами, а - параметр экранирования, Ф(r/а) - функция экранирования. В нек-ром приближении можно раздельно рассматривать взаимодействие движущегося иона с электронами (свободными и на внеш. оболочках атомов) и взаимодействие между ядрами иона и атома мишени, считая оба механизма потерь аддитивными, а среду однородной и изотропной (теория Линдхарда - Шарфа - Шиотта, ЛШШ). Если ввести приведённую безразмерную энергию ионов
10-66.jpg
и приведённый безразмерный пробег
10-67.jpg
где E' и R - энергия и пробег иона; M1, M2 - массы (в а. е. м.) бомбардирующего иона (1) и атомов мишени (2); n0 - концентрация атомов мишени, то удельные потери энергии
10-68.jpg
В теории ЛШШ Ф(r/а) - функция Томаса -Ферми с параметром экранирования а=0,885
10-69.jpg
(см. Плазма твёрдых тел). Удельные потери в упругих столкновениях (dE/dr)n проходят через максимум
10-70.jpg
Рис. 1. Зависимости удельных потерь энергии dE/dp от E1/2 по теории ЛШШ: 1 - упругие потери; 2,3 - неупругие потери энергии для К=0,1 и К= 0,25.

и убывают с ростом E (кривая 1, рис. 1). Удельные потери в неупругих столкновениях
10-71.jpg
Для большинства комбинаций ион - атом мишени К, лежит в интервале 0,1-0,25 (кривые 2 и 3, рис. 1). При очень больших скоростях v (10-72.jpg) теория ЛШШ неприменима, а при 10-73.jpg ион движется в мишени как голое ядро и удельные потери энергии убывают с дальнейшим её ростом. Теория ЛШШ даёт совпадение с экспериментом, как правило, с точностью не хуже 30%. Обнаруженные осцилляции электронных потерь в зависимости от Z1 и Z2 описываются более совершенной теорией, использующей волновые функции Хартри - Фока - Слэтера.
10-74.jpg
Траектория иона представляет собой сложную ломаную линию, состоящую из отрезков пути между элементарными актами рассеяния на большие углы. В первом приближении траекторный пробег для частицы с нач. энергией E0 равен:
10-75.jpg
Важными характеристиками процесса И. и. являются т. н. проективный пробег иона Rпр - проекция траекторного пробега на направление первонач. движения частицы, а также распределение имплантированных атомов по Rпр, т. е. по глубине х (при бомбардировке по нормали к поверхности мишени). Распределение по x частиц, имплантированных в аморфную мишень, характеризуется ср. пробегом 10-76.jpg, среднеквадратичным разбросом пробегов 10-77.jpg и параметром Sk, определяющим асимметрию распределения Пирсона (рис. 2). Величины 10-78.jpg, DRпр и Sk зависят от М1, М2 и E0 (рис. 3). При Sk=0 распределение Пирсона переходит в гауссовское. При И. и. в монокристаллы распределение внедрённых частиц по глубине может видоизменяться из-за каналирования заряженных частиц. Изменяя в процессе И. и. энергию ионов, можно получить распределение внедрённой примеси по глубине желаемой формы.
10-79.jpg
Рис. 3. Зависимости параметров распределения10-80.jpg (a), 10-81.jpg (б), Sk (в) ионов В, Р, As в Si от начальной энергии ионов E0. Полное число атомов примеси Nп, к-рое может быть имплантировано в твердотельную мишень через единицу поверхности, ограничивается распылением, если коэф. распыления S (число атомов мишени, выбиваемых одним ионом) больше доли внедряющихся частиц a=l-k (k - коэф. отражения). В пренебрежении диффузией
10-82.jpg
где nS=an0/S - концентрация примеси у поверхности в установившемся режиме. Ф-ла (7) получена в предположении постоянства E0 в процессе И. и. и равенства вероятностей распыления атомов матрицы и имплантированных частиц. Если S<a, концентрация имплантированных атомов будет монотонно расти с увеличением дозы ионов. Наиб, широко И. п. применяется для легирования полупроводников с целью создания р-n-переходов, гетеропереходов, низкоомных контактов. И. и. позволяет вводить примеси при низкой температуре, в том числе примеси с малым коэф. диффузии, создавать пересыщенные твёрдые растворы. И. и. обеспечивает точную дозировку вводимой примеси, высокую чистоту (сепарация пучка ионов по массам), локальность, а также возможность управления процессом с помощью электрич. и магн. полей. Для устранения образующихся при И. и. радиац. дефектов и перевода внедрённых атомов в регулярные положения используют высокотемпературный прогрев. Для создания р-n-переходов не требуется больших доз облучения. Так, при бомбардировке Si ионами Р+ с энергией E0=50 кэВ,10-83.jpg=60 нм, 10-84.jpg=26 нм, и уже при дозе 1015 см-2 ср. концентрация примеси в имплантированном слое толщиной 4 10-85.jpg достигает 1020 см-3, т. е. практически предельной концентрации, используемой в технологии. И. и. в металлы применяют с целью повышения их твёрдости, износоустойчивости, коррозионной стойкости, создания катализаторов, изменения коэф. трения и т. п. Для этого требуются дозы ~1017 -1018 ионов на см2, при к-рых уже заметно распыление приповерхностного слоя. При больших дозах, когда концентрация внедрённой примеси сравнима с n0, возможно образование новых соединений (ионный синтез). Ионная бомбардировка позволяет вводить примесь не только из пучка, но и из плёнки, предварительно нанесённой на поверхность мишени (имплантация атомов отдачи и ионное перемешивание). Бомбардировка ионами с энергией 10-200 эВ, когда SЪ1, а 10-86.jpg~0,1-1 нм, сопровождается наращиванием имплантируемого материала. Плёнки, полученные ионным осаждением, имеют высокую плотность и хорошую адгезию к подложке.

Литература по ионной имплантации (ионному внедрению, ионному легированию)

  1. Мейер Д ж., Эриксон Л., Дэвис Д ж., Ионное легирование полупроводников, пер. с англ., М., 1973;
  2. Зорин Е. И., Павлов П. В., Тетельбаум Д. И., Ионное легирование полупроводников, М., 1975;
  3. Ионная имплантация в полупроводники и другие материалы. Сб. ст., пер. c англ., под ред. В.С.Вавилова, М., 1980;
  4. Аброян И. А., Андронов А. Н., Титов А. И., Физические основы электронной и ионной технологии, М., 1984.

И. А. Аброян

к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

Знаете ли Вы, что низкочастотные электромагнитные волны частотой менее 100 КГц коренным образом отличаются от более высоких частот падением скорости электромагнитных волн пропорционально корню квадратному их частоты от 300 тысяч кмилометров в секунду при 100 кГц до примерно 7 тыс км/с при 50 Гц.

НОВОСТИ ФОРУМАФорум Рыцари теории эфира
Рыцари теории эфира
 14.10.2019 - 19:26: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вячеслава Осиевского - Карим_Хайдаров.
14.10.2019 - 03:09: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Марины Мелиховой - Карим_Хайдаров.
13.10.2019 - 18:09: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Светланы Вислобоковой - Карим_Хайдаров.
13.10.2019 - 08:05: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Декларация Академической Свободы - Карим_Хайдаров.
13.10.2019 - 08:03: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> Биохимия мозга от проф. С.В. Савельева и не только - Карим_Хайдаров.
12.10.2019 - 07:03: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Константина Сёмина - Карим_Хайдаров.
11.10.2019 - 08:59: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от О.Н. Четвериковой - Карим_Хайдаров.
11.10.2019 - 06:24: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров.
11.10.2019 - 03:57: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> ЗА НАМИ БЛЮДЯТ - Карим_Хайдаров.
11.10.2019 - 03:33: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> ЭКОЛОГИЯ ДЛЯ ВСЕХ - Карим_Хайдаров.
11.10.2019 - 03:22: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> Глобальное потепление - миф или... миф? - Карим_Хайдаров.
09.10.2019 - 19:01: ТЕОРЕТИЗИРОВАНИЕ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ - Theorizing and Mathematical Design -> ФУТУРОЛОГИЯ - прогнозы на будущее - Карим_Хайдаров.
Bourabai Research Institution home page

Bourabai Research - Технологии XXI века Bourabai Research Institution