Ion implantation: lub tswv yim, txoj cai ntawm kev ua haujlwm, txoj hauv kev, lub hom phiaj thiab daim ntawv thov

2024 Tus sau: Howard Calhoun | [email protected]. Kawg hloov kho: 2023-12-17 10:28

Ion implantation yog cov txheej txheem kub qis los ntawm cov khoom ntawm ib lub ntsiab lus tau nrawm rau hauv cov khoom ntawm lub wafer, yog li hloov nws lub cev, tshuaj lossis hluav taws xob. Txoj kev no yog siv rau hauv kev tsim cov khoom siv semiconductor thiab hauv cov hlau tiav, nrog rau hauv cov ntaub ntawv tshawb fawb. Cov Cheebtsam tuaj yeem hloov cov ntsiab lus ntawm lub phaj yog tias lawv nres thiab nyob twj ywm hauv nws. Ion implantation kuj ua rau cov tshuaj thiab lub cev hloov pauv thaum atoms sib tsoo nrog lub hom phiaj ntawm lub zog siab. Cov qauv crystalline ntawm lub phaj tuaj yeem raug puas los yog puas tsuaj los ntawm lub zog cascades ntawm kev sib tsoo, thiab cov khoom ntawm lub zog siab txaus (10 MeV) tuaj yeem ua rau muaj kev hloov pauv nuclear.

Txoj hauv paus ntsiab lus ntawm ion implantation

Khoom siv feem ntau yog muaj qhov chaw uas cov atoms ntawm cov khoom xav tau tsim, ib qho accelerator uas lawv tau electrostatically nrawm mus rau qhov siab.lub zog, thiab lub hom phiaj chav uas lawv sib tsoo nrog lub hom phiaj, uas yog cov khoom siv. Yog li, qhov txheej txheem no yog qhov tshwj xeeb ntawm cov hluav taws xob particle. Txhua ion feem ntau yog ib qho atom lossis molecule, thiab yog li qhov tseeb ntawm cov khoom cog rau hauv lub hom phiaj yog lub sij hawm tseem ceeb ntawm ion tam sim no. Tus lej no hu ua koob tshuaj. Cov tam sim no muab los ntawm kev cog qoob loo feem ntau yog me me (microamps) thiab yog li cov nyiaj uas tuaj yeem cog rau hauv lub sijhawm tsim nyog yog me me. Yog li ntawd, ion implantation yog siv nyob rau hauv rooj plaub uas tus naj npawb ntawm cov tshuaj yuav tsum tau hloov me me.

Cov ion energies muaj li ntawm 10 txog 500 keV (1600 txog 80000 aJ). Ion implantation tuaj yeem siv rau ntawm lub zog qis hauv thaj tsam ntawm 1 txog 10 keV (160 txog 1600 aJ), tab sis kev nkag mus tsuas yog ob peb nanometers lossis tsawg dua. Lub hwj chim hauv qab no ua rau muaj kev puas tsuaj me me rau lub hom phiaj thiab poob rau hauv kev tsim ntawm ion beam deposition. Thiab lub zog siab dua tuaj yeem siv tau: accelerators muaj peev xwm ntawm 5 MeV (800,000 aJ) muaj ntau. Txawm li cas los xij, feem ntau muaj ntau yam kev puas tsuaj rau lub hom phiaj, thiab vim tias qhov kev faib tawm qhov tob yog qhov dav (Bragg ncov), qhov hloov pauv hauv cov ntsiab lus ntawm txhua qhov ntawm lub hom phiaj yuav me me.

Lub zog ntawm cov ions, nrog rau ntau hom atoms thiab muaj pes tsawg leeg ntawm lub hom phiaj, txiav txim siab qhov tob ntawm kev nkag mus rau hauv cov khoom. Lub monoenergetic ion beam feem ntau muaj qhov dav dav dav. Qhov nruab nrab nkag mus yog hu ua qhov ntau. ATnyob rau hauv cov xwm txheej nws yuav nyob nruab nrab ntawm 10 nanometers thiab 1 micrometer. Yog li, tsis tshua muaj zog ion implantation yog tshwj xeeb tshaj yog muaj txiaj ntsig nyob rau hauv cov xwm txheej uas nws xav tau tias cov tshuaj lom neeg lossis cov qauv hloov pauv nyob ze ntawm lub hom phiaj. Cov khoom maj mam poob lawv lub zog thaum lawv dhau los ntawm ib qho khoom, ob qho tib si los ntawm kev sib tsoo nrog lub hom phiaj atoms (uas ua rau lub zog hloov pauv sai) thiab los ntawm kev qeeb me ntsis los ntawm kev sib tshooj ntawm electron orbitals, uas yog cov txheej txheem tas mus li. Lub zog poob ntawm ions nyob rau hauv ib lub hom phiaj yog hu ua stalling thiab tuaj yeem ua qauv siv ion implantation method of binary collision approximation.

Accelerator systems feem ntau muab faib ua nruab nrab tam sim no, siab tam sim no, lub zog siab, thiab koob tshuaj tseem ceeb heev.

Txhua yam ntawm ion implantation beam designs muaj qee pawg ntawm cov khoom siv ua haujlwm. Xav txog cov piv txwv. Thawj lub hauv paus ntawm lub cev thiab physico-chemical lub hauv paus ntawm ion implantation suav nrog cov cuab yeej hu ua qhov chaw tsim cov khoom. Cov cuab yeej no muaj kev sib raug zoo nrog kev tsis ncaj ncees electrodes rau rho tawm cov atoms rau hauv kab kab thiab feem ntau nrog qee txoj kev xaiv cov hom tshwj xeeb rau kev thauj mus rau qhov tseem ceeb ntawm lub accelerator. Kev xaiv ntawm "ntau" feem ntau yog nrog los ntawm txoj kev ntawm cov ion beam rho tawm los ntawm ib cheeb tsam ntawm magnetic teb nrog txoj kev tawm txwv los ntawm kev thaiv qhov los yog "qhov" uas tso cai rau tsuas yog ions nrog ib qho nqi ntawm cov khoom ntawm huab hwm coj thiab tshaj tawm.. Yog hais tias lub hom phiaj nto yog loj tshaj lub ion beam txoj kab uas hla thiabYog hais tias cov tshuaj implanted yog ntau sib npaug ntawm nws, ces ib co kev sib xyaw ntawm beam scanning thiab phaj txav yog siv. Thaum kawg, lub hom phiaj yog txuas nrog rau qee txoj hauv kev ntawm kev sau cov nqi ntawm cov ions cog qoob loo kom cov tshuaj xa tuaj yeem ntsuas tsis tu ncua thiab cov txheej txheem nres ntawm qhov xav tau.

Daim ntawv thov hauv kev tsim khoom semiconductor

Doping nrog boron, phosphorus lossis arsenic yog ib qho kev siv ntawm cov txheej txheem no. Nyob rau hauv ion implantation ntawm semiconductors, txhua dopant atom tuaj yeem tsim tus nqi thauj khoom tom qab annealing. Koj tuaj yeem tsim lub qhov rau p-hom dopant thiab n-hom electron. Qhov no hloov cov conductivity ntawm semiconductor nyob rau hauv nws cheeb tsam. Cov txheej txheem yog siv, piv txwv li, los kho qhov pib ntawm MOSFET.

Ion implantation tau tsim los ua ib txoj hauv kev kom tau txais pn hlws ris hauv cov khoom siv hluav taws xob photovoltaic thaum xyoo 1970s thiab thaum ntxov 1980s, nrog rau kev siv lub tshuab hluav taws xob hluav taws xob kom nrawm nrawm, txawm hais tias nws tsis tau ua lag luam rau hnub no.

Silicon ntawm insulator

Ib txoj hauv kev paub zoo los ua cov khoom siv no ntawm cov khoom siv insulator (SOI) substrates los ntawm cov pa silicon substrates yog SIMOX (kev sib cais los ntawm oxygen implantation) txheej txheem, nyob rau hauv uas high-dose cua hloov mus rau hauv silicon oxide los ntawm ib tug. high-temperature annealing process.

Mesotaxy

Qhov no yog lo lus rau kev loj hlob crystallographicallycoinciding theem nyob rau hauv lub nto ntawm lub ntsiab siv lead ua. Nyob rau hauv cov txheej txheem no, ions tau cog rau ntawm lub zog siab txaus thiab koob tshuaj rau hauv cov khoom siv los tsim cov txheej txheem thib ob, thiab qhov kub thiab txias yog tswj kom lub hom phiaj tsis raug puas tsuaj. Crystal orientation ntawm txheej tuaj yeem tsim kom haum rau lub hom phiaj, txawm tias qhov tseeb lattice tas li tuaj yeem sib txawv heev. Piv txwv li, tom qab cog cov nickel ions rau hauv silicon wafer, ib txheej ntawm silicide tuaj yeem loj hlob nyob rau hauv uas cov siv lead ua orientation phim cov silicon.

Metal Finish Application

Nitrogen lossis lwm yam ions tuaj yeem cog rau hauv lub hom phiaj hlau (xws li laum). Cov qauv kev hloov pauv ua rau lub ntsej muag compression hauv cov khoom, uas tiv thaiv kev tawg tawm thiab yog li ua rau nws tiv taus ntau dua.

Nto tiav

Hauv qee daim ntawv thov, piv txwv li rau cov pob qij txha xws li cov pob qij txha, nws yog qhov tsim nyog kom muaj lub hom phiaj uas tiv taus cov tshuaj corrosion thiab hnav vim kev sib txhuam. Ion implantation yog siv los tsim qhov chaw ntawm cov khoom siv no rau kev ua tau zoo dua. Raws li nrog cov cuab yeej steels, lub hom phiaj kev hloov kho los ntawm ion implantation suav nrog ob qho tib si saum npoo los tiv thaiv kev tawg thiab kev sib tsoo kom nws muaj tshuaj tiv thaiv corrosion ntau dua.

Lwm yamapps

Implantation tuaj yeem siv los ua kom tiav kev sib xyaw ntawm ion beams, uas yog, kev sib xyaw ntawm atoms ntawm cov ntsiab lus sib txawv ntawm lub interface. Qhov no tuaj yeem pab tau rau kev ua tiav qhov chaw kawm tiav lossis txhim kho adhesion ntawm cov txheej txheem ntawm cov ntaub ntawv tsis raug.

Kev tsim cov nanoparticles

Ion implantation tuaj yeem siv los tsim cov khoom siv nanoscale hauv oxides xws li sapphire thiab silicon dioxide. Atoms tuaj yeem tsim los ntawm nag lossis daus los tsim cov khoom sib xyaw uas muaj ob qho tib si ion-implanted element thiab substrate.

Ib yam ion beam energies siv kom tau nanoparticles nyob rau hauv thaj tsam ntawm 50 mus rau 150 keV, thiab cov ion fluence yog los ntawm 10-16 mus rau 10-18 kV. pom ntau yam ntaub ntawv tuaj yeem tsim nrog qhov ntau thiab tsawg ntawm 1 nm txog 20 nm thiab nrog cov khoom sib xyaw uas tuaj yeem muaj cov khoom cog, kev sib xyaw ua ke uas muaj ib qho cation khi rau lub substrate.

Dielectric-raws li cov ntaub ntawv xws li sapphire, uas muaj dispersed nanoparticles ntawm hlau ion implantation, yog cov ntaub ntawv cog lus rau optoelectronics thiab nonlinear optics.

Problems

Txhua tus ion ua rau ntau qhov tsis xws luag hauv lub hom phiaj siv lead ua thaum muaj kev cuam tshuam lossis cuam tshuam. Cov chaw ua haujlwm yog cov ntsiab lus lattice tsis nyob ntawm lub atom: qhov no, cov ion sib tsoo nrog lub hom phiaj atom, uas ua rau kev hloov pauv ntawm lub zog loj rau nws, kom nws tawm ntawm nws.zaj. Lub hom phiaj no nws tus kheej dhau los ua qhov projectile hauv lub cev thiab tuaj yeem ua rau muaj kev sib tsoo. Interstices tshwm sim thaum cov khoom no nres hauv ib qho khoom tab sis nrhiav tsis muaj qhov chaw dawb hauv cov lattice los nyob hauv. Cov ntsiab lus tsis xws luag thaum lub sij hawm ion implantation tuaj yeem txav mus los thiab sib koom ua ke, ua rau muaj kev cuam tshuam ntawm cov loops thiab lwm yam teeb meem.

Amorphiization

Tus nqi ntawm crystallographic puas tsuaj yuav txaus los hloov pauv tag nrho lub hom phiaj nto, uas yog, nws yuav tsum dhau los ua cov khoom amorphous. Qee zaum, ua kom tiav amorphization ntawm lub hom phiaj yog qhov zoo dua rau cov siv lead ua uas muaj qhov tsis zoo: xws li zaj duab xis tuaj yeem rov loj hlob ntawm qhov kub qis dua li qhov yuav tsum tau ua rau annealing lub pob zeb uas puas lawm. Amorphization ntawm substrate tuaj yeem tshwm sim los ntawm kev hloov pauv ntawm cov nqaj. Piv txwv li, thaum cog yttrium ions rau hauv sapphire ntawm lub zog ntawm 150 keV mus txog qhov fluence ntawm 510-16 Y + / sq. cm, ib txheej vitreous kwv yees li 110 nm tuab yog tsim, ntsuas los ntawm sab nrauv.

Spray

Qee qhov kev sib tsoo ua rau cov atom raug tshem tawm ntawm qhov chaw, thiab yog li ion implantation yuav maj mam rub tawm ntawm qhov chaw. Cov nyhuv no pom tau tsuas yog rau koob tshuaj loj heev.

Ntxhais hmoob channel

Yog tias cov qauv crystallographic siv rau lub hom phiaj, tshwj xeeb tshaj yog nyob rau hauv semiconductor substrates qhov twg nws muaj ntau duaqhib, ces cov lus qhia tshwj xeeb nres ntau dua li lwm tus. Qhov tshwm sim yog tias qhov ntau ntawm cov ion tuaj yeem loj dua yog tias nws txav mus raws ib txoj hauv kev, xws li hauv silicon thiab lwm yam khoom siv pob zeb diamond cubic. Cov nyhuv no yog hu ua ion channeling thiab, zoo li tag nrho cov teebmeem zoo sib xws, yog qhov tsis yog-linear, nrog kev sib txawv me me los ntawm qhov kev taw qhia zoo tshaj plaws uas ua rau muaj qhov sib txawv loj hauv qhov tob tob. Vim li no, feem ntau khiav ob peb degrees off-axis, qhov twg me me alignment yuam kev yuav muaj ntau qhov kev kwv yees.