Тема 2. Физические основы ионно-лучевой обработки

2.1 Ионная имплантация

Физические основы ионной имплантации состоят в следующем [10]. При внедрении ионов в твердое тело происходят столкно­вения с частицами среды, приводящие к торможению и из­менению направления движения ионов, смещению атомов мишени, образованию вторичных частиц и излучению кван­тов. К основным механизмам торможения ионов в твердом теле можно отнести следующие:

– неупругие взаимодействия со связанными электронами вещества (электронное торможение);

– упругие соударения с ядрами (ядерное торможение);

– неупругие соударения с ядрами;

– торможение за счет генерации фотонов.

Наиболее существенное влияние на свойства имплантированных материалов оказывают ядерное (доминирует при низ­ких скоростях ионов) и электронное торможение. Если предположить, что процессы независимы друг от друга, то выражение для потерь энергии ионом на единицу пути (величина тормозной способности) для аморфной мишени будет:

, (2.1)

где и – сечения ядерного и электронного тор­можения, — атомная плотность мишени.

При известных зависимостях и интегрирование выражения (2.1) приводит к виду:

, (2.2)

где – пробег частицы с начальной энергией .

В зависимости от энергии и массы ускоренных частиц, а также порядкового номера атомов вещества будет преобладать один из видов торможения. При низких энергиях имплантации (< 0,01, энергия дана в системе центра масс в единицах , где и - порядковые номера элементов, - длина экранирования) наиболее существенны процессы передачи импульса и энергии ионов атомам мишени, что ведет к образованию фононов и радиационных де­фектов и, естественно, к доминированию ядерного торможения. При высоких энергиях внедрения преобладает передача энергии электронам атомов мишени, что приводит к возбуждению последних и ионизации, а также ко вторичным процессам.