velikol.ru
  1 ... 2 3 4 5 6
^

5. ИОННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ


При ионной бомбардировке используются положительные ионы, отрицательные ионы, а также нейтральные атомы. Можно использовать атомарные, молекулярные, а также многозарядовые ионы.

Ионные пучки являются более гибким средством воздействия на объект по сравнению с электронными. Это связано с тем, что можно использовать ионы почти всех элементов таблицы Менделеева, а также молекулярные ионы и частицы в разных зарядовых состояниях.

Вакуум в установке для ионной бомбардировки должен быть лучше 10-2 Па.

Проникнув в твердое тело и двигаясь в нем, ионы теряют энергию и рассеиваются в результате упругих и неупругих соударений.

Упругими или ядерными соударениями называются такие соударения, при которых энергия иона передается атомам твердого тела. В каждом таком соударении ион передает атому большую энергию, т. к. он имеет массу, сравнимую с массой атома. При этом происходит также рассеяние ионов.

Неупругими или электронными являются соударения, в которых энергия иона передается электронам. При этом происходит возбуждение электронов, что приводит к появлению в полупроводниках и диэлектриках неравновесных носителей заряда – электронов и дырок. Происходит явление радиационной проводимости, которое сопровождается возникновением радиационных дефектов. При облучении быстрыми протонами возникает характеристическое рентгеновское излучение.

Упругое взаимодействие ионов с твердым телом приводит к образованию радиационных дефектов. Простейшие дефекты, двигаясь по кристаллу, могут объединяться между собой и с примесями в более сложные дефекты. Простейшие дефекты – это вакансии и междоузельные атомы. Эти простейшие дефекты также могут исчезать на различных стоках, например, на дислокациях, или рекомбинировать между собой.

Наличие радиационных дефектов изменяет свойства твердого тела, такие как электрические, магнитные, оптические, химические, механические. Возможен также фазовый переход. Например, переход полупроводника из кристаллического в аморфное состояние. Наличие подвижных точечных дефектов приводит к радиационно-стимулированной диффузии.

Атомы в приповерхностном слое толщиной порядка 1 нм могут выйти из мишени, в результате чего произойдет распыление вещества. Это вещество можно осадить на подложку и напылить тонкие пленки.
^

5. Процессы изменения физических свойств твердых тел ионной бомбардировкой


На изменение свойств твердотельных материалов при ионной бомбардировке влияют три основных эффекта:

1) ионная имплантация, т. е непосредственное введение примеси из пучка;

2) структурные превращения, т. е образование и накопление радиационных дефектов, аморфизация и кристаллизация;

3) катодное распыление, т. е выбивание атомов с поверхности и из приповерхностного слоя в вакуум.

Коэффициент катодного распыления S зависит от сорта атомов мишени, сорта ионов, их энергии. При расчете принимают S=2.

Полупроводники очень чувствительны к наличию примеси, поэтому доза имплантации для изготовления p-n переходов обычно невелики.

Так, при диаметре ионного пучка d=0,01 мкм и дозе Ф=1015 см-2 получается средняя концентрация примеси

n=Ф/d=1020 см-3.

Это концентрация предельно допустима для технологических процессов.

Количество атомов, распыленных во время введения этой дозы, равно Ф*S=2*1015 см-2. Это составляет примерно 1 монослой.

Металлы менее чувствительны к ионной бомбардировке. Поэтому для достижения полезного эффекта нужны дозы примерно в 100 раз больше, чем полупроводников. Если же надо провести синтез нового соединения, то требуются дозы 1017 и даже 1018 см-2. При этом необходимо учитывать распыление мишени.

Металлы и полупроводники ведут себя различно при ионном облучении.

Металлы обладают высокой скоростью отжига радиационных дефектов. При этом при комнатной температуре не происходит их аморфизации. При облучении металлических полукристаллических пленок изменяется ориентация зерен. Возможен переход к более плотноупакованным решеткам. При этом кристаллы являются метастабильными, т. е их нагрев до 400-500ºС приводит к восстановлению исходной структуры.

У материалов с неметаллическим типом электропроводности происходит как аморфизация кристаллических веществ, так и кристаллизация аморфных веществ. Это зависит от соотношения между температурой плавления и кристаллизации.

Имеется также явление, которое называется эффектом больших доз. Оно состоит в том, что при бомбардировке ионами приповерхностный слой сначала аморфизируется, а затем снова кристаллизуется. Это объясняется тем, что:

1) происходит нагревание кристалла ионным пучком;

2) затем следует радиационно-стимулированные процессы;

3) снимается порог кристаллизации при накоплении в поверхностных слоях примеси.
^

6. Основные закономерности технологических процессов ионной размерной обработки

6.1. Ионный синтез


Ионный синтез – это создание соединений в результате ионной бомбардировке. Синтез нового соединения происходит через образование молекулярных комплексов. Для создания нового вещества внутри исходного вещества требуется определенная энергия активации. Например, для создания Si3O4 в Si. Аналогичная химическая реакция в газовой фазе требует затраты энергии. Ионным синтезом можно создать:

  • защитные пленочные покрытия, которые изолируют слои при изготовлении интегральных схем. Так создаются слои Si3N4, SiC4, SiO при бомбардировке кремния ионами азота, углерода или кислорода;

  • антикоррозийные покрытия;

  • световоды;

  • можно синтезировать сверхпроводящие материалы.

Ионный синтез применяется при изготовлении полупроводниковых структур на основе тройных соединений, например, GaPxAs1-x, Ga1-xAlxAs.

Тонкие слои таких соединений получают внедрением ионов P+ или Al+ в GaAs. Эти тройные вещества замечательны тем, что изменение состава приводит к изменению энергетической зонных структуры. Это используется при получении светодиодов для разных диапазонов длин волн.


<< предыдущая страница   следующая страница >>