Рис. 6.16. Залежність утрат енергії прие3

ядерних £"„ і електронних Ее взаємодіях від енергії первинного іона

При легуванні металів характерні значення енергії Еи Е2, Ез, що змінюються в такому діапазоні: /г, — від кількох кіло-електрон-вольт (при легуванні легкими іонами) до сотень (при використанні важких іонів); Е2 — від кількох кілоелектровольт до одиниць мегаелектрон-вольт; £, — знаходиться в діапазоні десятків мегаелектрон-вольт і практично не використовується в процесах іонного легування.

На початковій стадії проходження високоенергетичного іона крізь речовину переважає розсіювання на електронних оболонках атомів мішені. Зі зниженням енергії іона домінуючим виявляється внесок ядерного гальмування.

При використанні легких іонів з енергією 10і—104 еВ втрати енергії в пружних і непружних взаємодіях близькі за значенням. Електронні енергетичні втрати в металах і напівпровідниках незначні і виявляються у виділенні теплоти. Атомні чи пружні взаємодії можуть бути досить інтенсивними і викликати значні спотворення та руйнування в кристалічній ґратці. Наприклад, важкий іон з енергією приблизно 100 кеВ при імплантації у кремній викликає зміщення до 1000 атомів.

Процес втрат енергії може бути описаний окремо, у вигляді втрат на електронні взаємодії чи парні взаємодії ядер (так звані лінійні каскади), чи як колективний рух атомів віддачі (термічні піки).

На рис. 6.17 наведені результати розрахунку концентраційного профілю і профілю дефектів при імплантації іонів хрому енергією 50 кеВ у залізо для випадку лінійного каскаду. Ці дані є основними особливостями імплантації. Середня довжина пробігу іонів хрому дорівнює 20 нм, а розкид цих довжин досить великий.

Профіль дефектів не повторює концентраційний профіль, і його максимум знаходиться ближче до поверхні. Значна частина енергії виділяється поблизу поверхні, і поверхневі атоми можуть бути вибиті.

На рис. 6.18 зображено крайню форму каскаду співударів, відому під назвою пік зміщення. Схема показує, що при іонному бомбардуванні запасена енергія локалізується в дуже малому об'ємі. Крім того, в області піка зміщення нагрівання (чи оплавлення) і загартування відбуваються за 10" с, що відповідає швид-