6.3. Іонна імплантація

Отримання і формування пучків іонів здійснюється в спеціальних іонно-променевих установках. Використовують кілька схем установок (рис. 6.15).

До головних елементів установки іонного легування належать: джерело іонів, мас-сепаратор, системи прискорення, формування і сканування пучка, камера обробки, вакуумна система.

Джерела іонів мають забезпечувати можливість отримання високоінтенсивних пучків іонів (десятки і сотні міліампер) та необхідний ступінь іонізації атомів твердих тіл.

Мас-сепаратор дає змогу очищати пучок від атомів домішок і виділяти іони потрібних заряду та енергії.

Прискорення пучка здійснюється системою багатоелектрон-них лінз. У сильнострумових установках для формування пучка застосовують магнітні квадрупольні лінзи, які здатні компенсувати розширення пучка під дією просторового заряду. Для обробки великих площ потрібно розфокусовувати пучок або забезпечувати його сканування. Використовуються різні системи сканування: електростатичні, електромагнітні, механічні.

Оптимальним у вакуумних системах для іонного легування вважають вакуум приблизно 10"4 Па.

Найбільшого поширення отримали установки малих і середніх доз (інтенсивність пучка 500—800 мкА), в яких приймальна камера заземлена, що дуже зручно в роботі.

Передавання і поглинання енергії. Іонна імплантація — процес, коли практично кожен елемент може бути вкорінений у приповерхневу область будь-якого твердого тіла — мішені, яку розміщено у вакуумній камері, за допомогою пучка високо-швидкісних іонів, що мають енергію кілька мегаелектрон-вольт.

Іони вкорінюються в матеріал мішені на глибину від 0,01 до 1 мкм, втрачаючи енергію в процесі зіткнень з атомами основи. Енергія іона розсіюється в серії пружних і непружних взаємодій з твердим тілом.

Складну гамму взаємодій можна звести до двох незалежних механізмів — пружного розсіювання на ядрах і непружної взаємодії з електронними оболонками.

Основний внесок у розсіювання на електронах дають зовнішні оболонки.

Типові залежності електронного і ядерного гальмування від енергії іона, який рухається, наведені на рис. 6.16.