Іонна імплантація
Іо́нна імпланта́ція — спосіб введення атомів домішок у поверхневий шар пластини або епітаксіальної плівки шляхом бомбардування його поверхні пучком іонів домішки з високою енергією (10-2000 кеВ).
Іонізація атомів домішки, прискорення іонів та фокусування іонного пучка виконується у спеціальних установках типу прискорювачів частинок у ядерній фізиці.
Іонна імплантація використовується при створенні напівпровідникових приладів методом планарної технології. Її також застосовують як метод легування металів для зміни їх фізичних і хімічних властивостей (підвищення твердості, зносостійкості, корозійної стійкості тощо).
Пучок позитивно заряджених іонів домішки у іонно-променевому прискорювачі бомбардує кристал напівпровідника. Проникаючи у кристал, домішка легує його і разом з тим викликає утворення радіаційних дефектів, погіршуючи тим самим його електрофізичні параметри. Розподіл концентрації атомів домішки у кристалі описується кривою Гауса, основним параметром якої є пробіг прискорених іонів. Глибина заглиблення іонів залежить від їх енергії та маси. Концентрація домішки в імплантованому шарі залежить від густини струму в іонному пучку і часу проведення процесу (експозиції). При невеликих дозах опромінення радіаційні дефекти не змінюють кристалічної структури напівпровідника, тоді як великі дози опромінення домішковими атомами призводять до аморфізації кристалу. Для усунення дефектів і впорядкування кристалічної ґратки кремнію виконують відпалення кристалу при температурі 500—800 °C.
Іонно-променевий прискорювач складається з таких основних блоків: джерела іонів, джерела високої напруги, прискорюючої трубки, магнітного сепаратора, системи фокусування пучка іонів, приймальної камери і вакуумної системи відкачки.
Робочі речовини для отримання іонів можуть знаходитися в газоподібному, твердому і рідкому станах. Для отримання іонів O+, Ne+, Ar+, F+, Cl+ використовують відповідний газ, що надходить до вакуумної камери джерела іонів. Широко застосовують рідкі речовини, особливо хлориди BCl3, BBr3, PCl3, CCl4, SiCl4, які добре випаровуються при кімнатній температурі.
Іонне легування широко застосовується при створенні напівпровідникових мікросхем та транзисторних приладів. На відміну від дифузії, іонне легування дозволяє створювати шари з товщиною меншою 0,1 мкм з високою відтворюваністю параметрів.
Іони елементів, які використовуються зазвичай для створення домішкової провідності, проникаючи у кристал напівпровідника, займають у його ґратці положення атомів заміщення і створюють відповідний тип провідності. Легуючи в монокристал кремнію іони III і V груп, можна отримати p-n перехід в будь-якому місці і на будь-якій площі кристалу.
При виготовленні біполярних транзисторів іонну імплантацію використовують для отримання емітера, бази, колектора, сильнолегованих областей для колекторного і базового контактів, розподільної дифузії, прихованих n+-шарів тощо.
Застосування в металургії
[ред. | ред. код]Іони азоту застосовуються для зміцнення поверхні сталевих ріжучих інструментів (фрези, свердла та ін). Імплантація цих іонів запобігає утворенню тріщин на поверхні металу і зменшує коррозійні та фрикційні властивості сталі, що є важливим у медицині при виготовлення протезів, авіа- і космобудованні.
Технологія іонної імплантації дозволяє обробляти робочі лопатки парових турбін розміром до 1700 мм.
Іонна імплантація використовується як один з методів для надання верхньому шару металу аморфної структури.
- Степаненко И. П. Основы микроэлектроники:Учеб. пособие для вузов. — 2, перераб. и доп. — Москва : «Лаборатория Базовых Знаний», 2001. — С. 182. — ISBN 5-93208-045-0.
- Курносов А. И., Юдин В. В. Технология производства полупроводниковых приборов и интегральных микросхем. — 3, перераб. и доп. — Москва : «Высшая школа», 1986. — С. 202.
- Ion Source Technology [Архівовано 25 грудня 2014 у Wayback Machine.](англ.)
- Глосарій термінів з хімії / укладачі: Й. Опейда, О. Швайка ; Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім. Л. М. Литвиненка НАН України, Донецький національний університет. — Донецьк : Вебер, 2008. — 738 с. — ISBN 978-966-335-206-0.
|
Це незавершена стаття про електроніку. Ви можете допомогти проєкту, виправивши або дописавши її. |