核技术应用-离子注入.ppt

/ 电子发烧友 电子技术论坛 离子注入 二、基本原理 Interaction 1.电子对固体的作用 电子对固体的作用与微米/ 纳米加工技术中的很多过程有着密切的关系. 当具有一定能量的电子束作用到固体薄膜样品时,如果薄膜的厚度比电子在靶材料中的射程小得多时, 有三种情况可能出现: 1)电子未经散射穿透薄膜; 2)电子束穿过薄膜时产生弹性散射; 以及3)电子束遭受非弹性散射. 但电子进入固体以后, 其在固体中行为和所走的路线主要取决于一系列的弹性和非弹性散射过程. 弹性散射主要是原子核对电子的散射. 对于弹性散射, 入射电子基本上不损失动能, 仅改变其运动方向. 对于非弹性散射, 入射电子用于激发固体原子, 运动方向也有一定的变化. 电子在固体表面和进入体内经历非弹性散射而引起的能量损耗的过程有多种多样事件, 包括: 产生低能二次电子(最高可达50eV), 激发金属电子等离子体密度振荡(plasmon), 通过内壳层电离产生X射线和俄歇电子发射,产生电子空穴对并导致随后发生的光子发射(阴极发光), 跃迁辐射及晶格振动(声子激发phonon). 所考虑的电子能量: 初级5 – 50 KeV 分子的原子间化学键断裂所需要的能量为80 –100eV. 离子注入 二、基本原理 2. 弹性散射: 弹性散射时电子受原子核正电荷(Ze)的吸引(库伦力), 轨迹发生偏转的过程 (1)散射几率 / 散射截面 若入射电子被木某散射中心散射的几率为?, 设n是单位体积中的散射中心, L是粒子的自由程,则有 ? n L=1, 即? =1 /n L, 显然? 有面积量纲, 因此? 也叫散射截面. (2)微分散射截面/总散射截面 多数情况下, 我们关心在某出射角度?方向,单位立体角内发现被散射粒子的几率. (3).碰撞参数(impact parameter) /Rutherfold Scatering 碰撞参数:入射电子的路径与通过原子核的平行线之间的垂直距离b被称为碰撞参数. 由于受到核正电核的吸引, 电子走双曲线轨道. 在b+db环形面积入射的电子被散射到?至?+d?的角度. 设单位面积入射电子数为N, 则在b+db环形面积入射的电子数为N.2?bdb; 如果在?至?+d?之间的散射截面为d?, 则被散射到的该方向的电子数为N d?, 这两数应相等, 故 负号表示b的增加将导致?的减小.通过该式, 微分散射截面把初始均匀分布入射的碰撞参数同出射角分布联系起来. 离子注入 二、基本原理 a)只考虑库仑场: 卢瑟福散射: b)如果考虑内层电子对原子核的屏蔽作用, 利用Wentzel模型和经典量子力学的Born近似, 则可得到: ?是入射电子的波长, r0=aHZ-1/3. aH=0.529A, 是波尔半径. 其中 离子注入 二、基本原理 3. 非弹性散射 (1)声子激发: 入射电子把能量传给分子振动或晶格振动 ? (2)等离子激元(palsmon) 当入射电子在固体中经过时排斥固体中导带电子和价带电子, 引起后者集体振荡. 这些振荡的能量是量子化的, 称为等离子激元. 等离子激元得微分散射截面为: (3)轫致辐射 Bethe-Heitler 公式: 离子注入 二、基本原理  其中E为入射电子的能量, ??是一个数量为一左右的修正系数. S0?为跃迁几率, 是原子光谱研究中最为重要的量, 可通过计算或实验获得. 电离：原子内壳层电离截面的计算方法有多种多样. 其中著名的为Bethe公式: (4)电子激发/电离 激发( 从基态到激发态(0??) ? Enl是束缚能,Znl是量子数为nl壳层上的电子数, bnl, cnl是反映不同壳层之间的区别的参数, 如: bK=0.35, bL=0.25, cK=cL=2.42. 在上述非弹性过程中, 原子的电离是最为重要的 离子注入 二、基本原理 4. 其他效应 (1)? 背散射电子; 产生原因: (a)初级电子弹性反射(b)衍射电子(c)俄歇电子 ? (2)二次电子 (3)X射线辐射 (4)高分子聚合/断裂 (5)热效应 (6)电流注入 5.能量损失机理 离子注入 二、基本原理 E0=5-50KeV, 电子在固体中能连损失机理 离子注入 二、基本原理 离子源及其与物质的作用 1 离子源 离子在微细加工中主要有下列作用： a．离子束光刻。 b.离子铣。 c. 离子注入。 d. 离子束显微操作、微观分析。 e.等离子体刻蚀。 F.掩膜修理。 g.离子束辅助淀积。? 离子束的特征： a.?离子束可在电场的作用下被加速，获得高能量，也可以被轻易减速。因而可以任何能量与靶材料发生作用。 b.?离子束可在电场、磁场的作用下进行快速、高精度的控制。因而可以获得平行性好，来直径很细的