Фримановские ионные источники. Фримановские источники в лабораторных разделителях изотопов и первых имплантерах, страница 6

9.4.2. Электростатические электронные отражатели

В первоначальном варианте этого источника Фриман [1] имел приспособление для установки электронных отражателей на каждом конце эмиттерной части нити. Однако по практическим соображениям они не использовались. Эйткен [12] показал, что установка электронных отражателей на каждом конце нити при потенциале нити одновременно улучшает характеристики источника и уменьшает локализованную эрозию на положительном конце нити. Отражение первичных электронов возвращает их в плазму; иначе они были бы потеряны. Ионная бомбардировка отражателей создает вторичные электроны, которые вместе с отраженными первичными электронами могут двигаться вдоль нити в любом направлении. Детальное описание процесса является сложным, но улучшение характеристик значительно.

На рис. 9.4 показан источник [12] с танталовыми экранами на концах дуговой камеры, которые работают как электронные отражатели и одновременно защищают изоляторы от металлизации. В более позднем варианте этого источника изоляторы нити вынесены за пределы дуговой камеры для увеличения их срока службы.

9.4.3. Нить на переменном токе

Еще один вариант — использование для нагрева нити переменного тока. Такой вариант использовали Табата и др. [13] в устройствах, предназначенных для модификации поверхности материалов. Очевидно, что этот метод устраняет асимметрию, существующую в случае постоянного тока, путем усреднения по времени. Он пригоден вследствие менее строгих требований к однородности дозы для этих устройств по сравнению с имплантерами, используемыми для легирования полупроводников. Данный метод не используется широко, потому что переменный ток вызывает осцилляции плазмы, и выход источника сильно модулирован с частотой тока. Поэтому возможны серьезные проблемы с однородностью при сканировании. Тем не менее метод обеспечивает простой путь получения более однородного пучка для определенных областей применения.

9.4.4. Источник с контролируемым магнитным полем

В ионном имплантере Precision Implant 9000 фирмы Applied Mat- erials [15] к фримановскому источнику приложено внешнее магнитное

216

Глава 9

Рис. 9.8. Схема источника Фримана PI 9000. 1 - магнитная катушка; 2 - три анода; 3 - фримановский ионный источник; 4 - магнитная катушка; 5 - ограничивающий электрод; 6 - вытягивающий электрод; 7 - замедляющий электрод.

поле, которое может изменяться как по интенсивности, так и по форме. Схема устройства показана на рис. 9.8. Каждый из двух полюсов магнита источника имеет свою собственную катушку, питаемую независимо. Если ток в одной катушке больше, чем в другой, это приводит к двум последствиям: 1) поле оказывается смещенным таким образом, что на одном конце фримановского источника оно сильнее, чем на другом; 2) эффект магнитной бутылки (разд. 9.4.1) также асимметричен.

Дополнительная степень свободы, которую дает этот метод, допускает некоторый контроль над распределением интенсивности плазмы по длине вытягивающей щели. Оптимальная ситуация достигается максимизацией тока пучка через ионный имплантер, и этот оптимум всегда асимметричен.

9.4.5. Другие варианты

На рис. 9.8 и 9.9 представлен еще один метод, который может использоваться для управления распределением интенсивности плазмы по длине источника. В нем применяются независимо питаемые аноды.

Фримановские ионные источники

217