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:
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
и приведённый безразмерный пробег
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
В теории ЛШШ Ф(r/а) - функция Томаса -Ферми с параметром экранирования а=0,885
(см. Плазма твёрдых тел). Удельные потери в упругих столкновениях (dE/dr)n проходят через максимум
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
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 () теория ЛШШ неприменима, а при 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.
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:
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 , среднеквадратичным разбросом пробегов и параметром Sk, определяющим асимметрию распределения Пирсона (рис. 2).
Величины , 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.
Рис. 3. Зависимости параметров распределения (a), (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
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,=60 нм, =26 нм, и уже при дозе 1015 см-2 ср. концентрация примеси в имплантированном слое толщиной 4 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 ~0,1-1 нм, сопровождается наращиванием имплантируемого материала. Плёнки, полученные ионным осаждением, имеют высокую плотность и хорошую адгезию к подложке.
И. А. Аброян
1. Электромагнитная волна (в религиозной терминологии релятивизма - "свет") имеет строго постоянную скорость 300 тыс.км/с, абсурдно не отсчитываемую ни от чего. Реально ЭМ-волны имеют разную скорость в веществе (например, ~200 тыс км/с в стекле и ~3 млн. км/с в поверхностных слоях металлов, разную скорость в эфире (см. статью "Температура эфира и красные смещения"), разную скорость для разных частот (см. статью "О скорости ЭМ-волн")
2. В релятивизме "свет" есть мифическое явление само по себе, а не физическая волна, являющаяся волнением определенной физической среды. Релятивистский "свет" - это волнение ничего в ничем. У него нет среды-носителя колебаний.
3. В релятивизме возможны манипуляции со временем (замедление), поэтому там нарушаются основополагающие для любой науки принцип причинности и принцип строгой логичности. В релятивизме при скорости света время останавливается (поэтому в нем абсурдно говорить о частоте фотона). В релятивизме возможны такие насилия над разумом, как утверждение о взаимном превышении возраста близнецов, движущихся с субсветовой скоростью, и прочие издевательства над логикой, присущие любой религии.
4. В гравитационном релятивизме (ОТО) вопреки наблюдаемым фактам утверждается об угловом отклонении ЭМ-волн в пустом пространстве под действием гравитации. Однако астрономам известно, что свет от затменных двойных звезд не подвержен такому отклонению, а те "подтверждающие теорию Эйнштейна факты", которые якобы наблюдались А. Эддингтоном в 1919 году в отношении Солнца, являются фальсификацией. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.