Основные технологические группы процессов в производстве электронных средств. Пучки атомных частиц, излучения и поля в качестве инструмента в технологиях электронного машиностроения, страница 7

1.2. Параметры электронных пучков

1.2. Взаимодействие ионов с веществом. В зависимости от материала, формы, энергии и плотности мощности ионного пучка при взаимодействии его с веществом происходят процессы, которые открывают перед технологом возможность направленного изменения геометрических размеров и свойств твердого тела, а также их контроля.

Ионный пучок может быть сформирован как из положительных, так и из отрицательных ионов, однако наиболее часто используют ионы, несущие положительный заряд, из-за большей простоты их получения и управления параметрами пучка. В качестве материала лонного пучка могут быть использованы атомы практически всех элементов Таблицы Менделеева, включая ионы молекул, что при возможности варьирования кратностью заряда делает ионные пучки потенциально более гибким средством воздействия на обрабатываемый или исследуемый объект по сравнению с электронными пучками.

Основные эффекты, возникающие при взаимодействии ускоренного до энергий от 100 эВ до 10 МэВ ионного пучка с веществом и наиболее часто используемые в электронном машиностроении, можно проиллюстрировать на приведенных ниже примерах (рис. 1.2.).

1. Двигаясь в вакууме к облучаемому образцу, ионы могут сталкиваться с атомами и молекулами остаточных или рабочих газов и паров. Как и в случае с электронными пучками, может происходить рассеяние и потеря энергии первичных частиц, однако, кроме ионизации попавшегося на пути атома и испускания при этом фотона, возможно явление перезарядки ионного пучка. Оно заключается в том, что движущийся ион захватывает электрон у атома, с которым он столкнулся, и продолжает движение практически с той же скоростью, но уже в нейтральном состоянии.

Эффект перезарядки ионного пучка можно осуществить и с помощью направленного на него потока электронов, которые нейтрализуют заряд и тем самым создают пучок ускоренных атомов, которые используются, например, для распыления диэлектриков.

Для того чтобы ионный пучок долетал до поверхности обрабатываемого изделия без столкновения с остаточными газами, необходимо иметь в вакуумной камере давление не выше 10^-2 – 10^-4 Па.

2.       Ударяющиеся о поверхность образца ионы могут оказаться связанными с ней за счет адсорбции или хемосорбции, что может быть использовано для получения тонкопленочных слоев.

3.       При столкновении с поверхностью твердого тела ионный пучок с энергией приблизительно до 30 кэВ может обратно рассеиваться атомами или группой атомов облучаемого образца. При этом происходит отклонение траектории ионов от первоначального направления и обмен энергии между ними и атомами мишени. В зависимости от материала взаимодействующих частиц и энергии ионного пучка обмен энергии может быть упругим(отражение иона как мяча от стенки) и неупругим (возбуждение и ионизация атомов). При неупругих соударениях энергия может выделяться в виде квантов излучения - свечения (ионолюминесценция), характеристического или тормозного рентгеновского излучения. Эти эффекты используются в ионной микро-и спектроскопии.

Если импульс иона достаточно велик, то он может сместить поверхностный атом из положения, где он слабо связан с кристаллической структурой образца, в положение, где связь оказывается сильнее (атомная дислокация). Ионы с более высокими энергиями могут вызывать внутренние дислокации в толще образца.

а – ионизация и возбуждение остаточных и рабочих газов и паров, нейтрализация заряда ионного пучка;

б – адсорбция ионов;

в – рассеяние ионов на атомах;

г – десорбция атомов и молекул;