ГОУ Уральский государственный технический университет-УПИ
Методические указания для самостоятельной работы студентов
дневной формы обучения специальностей физико-технического факультета
по дисциплинам «Воздействие излучений на вещество»
и «Электрофизические методы обработки материалов»
Екатеринбург 2002
УДК 533.08
Составитель В.В.Овчинников
Научный редактор проф., д-р физ.-мат. наук С.О.Чолах
ИМПЛАНТАЦИЯ УСКОРЕННЫХ ИОНОВ В ВЕЩЕСТВО: Методические указания для самостоятельной работы студентов дневной формы обучения специальностей физико-технического факультета по дисциплинам «Воздействие излучений на вещество» и «Электрофизические методы обработки материалов» /В.В.Овчинников. Екатеринбург: ГОУ УГТУ-УПИ, 2002. 28 с.
Рассмотрены возможности ионной имплантации как метода воздействия на химический состав, строение и свойства приповерхностных слоев твердых тел. Представлены сведения из истории развития метода. Дан краткий анализ физических процессов, протекающих при ионной бомбардировке кристаллических мишеней. Приведены примеры использования метода ионной имплантации в современных технологиях.
Библиогр.: 11 назв. Рис. 6
технический университет-УПИ, 2002
ВВЕДЕНИЕ
Необратимые изменения структуры и свойств материалов под действием ионизирующих излучений, в том числе под действием потоков заряженных частиц, впервые были обнаружены при исследовании явления естественной радиоактивности. К настоящему времени достаточно подробно изучены как негативные проявления радиационного воздействия, такие как радиационное распухание, ускоренная ползучесть материалов, повреждение и выход из строя электронных схем в условиях интенсивного облучения, так и позитивные – благоприятное влияние на целый ряд свойств материалов при специальном подборе типа, мощности и дозы облучения.
Использование явления радиоактивного распада для получения потоков корпускулярного и электромагнитного излучения, с целью воздействия на свойства материалов, является неудобным по многим вполне понятным причинам. Формирование управляемых пучков заряженных частиц и, в частности, мощных ионных пучков, стало возможным благодаря созданию ускорителей, в специальных устройствах которых атомы или молекулы ионизируются (образуется плазма), а затем ускоряются электростатическим или электромагнитным полем и могут быть использованы для воздействия на материалы. При изменении полярности ускоряющего напряжения получают как пучки ионов, так и электронов.
Процесс воздействия на вещество пучков ускоренных ионов и существующие технологии ионно-лучевой обработки твердых тел называют ионной имплантацией, поскольку ускоренные ионы внедряются (или имплантируются) в твердое тело. Используются также термины ионное легирование /1, ионное внедрение, ионно-лучевая модификация свойств твердых тел.
Наибольшее применение для этой цели получили ионные пучки с энергией ионов в диапазоне от нескольких десятков до нескольких сотен килоэлектронвольт (кэВ)/2. Для этого диапазона энергий разработана достаточно компактная ускорительная техника, в том числе технологические источники ионов с большим (102 см2 и более) сечением пучка.
Впервые ионная имплантация была использована для формирования необходимых параметров p-n-переходов в полупроводниках путем внедрения в их приповерхностные слои разгоняемых на ускорителях примесей p- и n- типа. Пробеги ионов рассматриваемых энергий в твердых телах (а также продольный и поперечный разброс пробегов отдельных ионов) во всех случаях ограничиваются значениями от нескольких сотых долей микрона до нескольких единиц микрон. Это позволило разработать способы изготовления сложных электронных микросхем с недостижимой ранее рекордной плотностью элементов на единицу площади поверхности. Быстрое развитие микроэлектроники обеспечило в свою очередь прорыв в самых различных областях техники.
Несколько позднее было обращено внимание на то, что ионное облучение может положительно влиять на контактно-химические (жаростойкость, коррозионная стойкость), контактно-трибологические (трение, износ), а также некоторые механические (жаропрочность, циклическая прочность) свойства твердых тел. Причем нередко достигается многократный эффект, т.е. повышение уровня свойств в несколько раз. Это особенно актуально, когда возможности традиционных методов по существу исчерпаны и требуемое для практических целей повышение свойств хотя бы на несколько процентов является серьезной проблемой.
Для воздействия на упомянутые свойства конструкционных материалов, главным образом металлов и их сплавов, потребовались более высокие, чем при легировании полупроводников, флюенсы/3 и, соответственно, более высокие плотности тока ионов, для того, чтобы снизить до разумных пределов время имплантации. Переход от флюенсов 1010-1014 см-2 к флюенсам порядка 1016-1018см-2 потребовал совершенствования ускорительной техники.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
