離子注入技術(shù)

離子注入技術(shù)發(fā)展歷程

離子注入首先是作為一種半導體材料的摻雜技術(shù)發(fā)展起來的，它所取得的成功是其優(yōu)越性的最好例證。低溫摻雜、精確的劑量控制、掩蔽容易、均勻性好這些優(yōu)點，使得經(jīng)離子注入摻雜所制成的幾十種半導體器件和集成電路具有速度快、功耗低、穩(wěn)定性好、成品率高等特點。對于大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路來說，離子注入更是一種理想的摻雜工藝。如前所述，離子注入層是極薄的，同時，離子束的直進性保證注入的離子幾乎是垂直地向內(nèi)摻雜，橫向擴散極其微小，這樣就有可能使電路的線條更加纖細，線條間距進一步縮短，從而大大提高集成度。此外,離子注入技術(shù)的高精度和高均勻性,可以大幅度提高集成電路的成品率。隨著工藝上和理論上的日益完善，離子注入已經(jīng)成為半導體器件和集成電路生產(chǎn)的關(guān)鍵工藝之一。在制造半導體器件和集成電路的生產(chǎn)線上，已經(jīng)廣泛地配備了離子注入機。

70年代以后，離子注入在金屬表面改性方面的應用迅速發(fā)展。在耐磨性的研究方面已取得顯著成績，并得到初步的應用，在耐腐蝕性(包括高溫氧化和水腐蝕)的研究方面也已取得重要的進展。

注入金屬表面的摻雜原子本身和在注入過程中產(chǎn)生的點陣缺陷，都對位錯的運動起“釘扎”作用，從而使金屬表面得到強化，提高了表面硬度。其次，適當選擇摻雜元素，可以使注入層本身起著一種固體潤滑劑的作用,使摩擦系數(shù)顯著降低。例如用錫離子注入En352軸承鋼，可以使摩擦系數(shù)減小一半。尤其重要的是，盡管注入層極薄，但是有效的耐磨損深度卻要比注入層深度大一個數(shù)量級以上。實驗結(jié)果業(yè)已證明，摻雜原子在磨損過程中不斷向基體內(nèi)部推移,相當于注入層逐步內(nèi)移,因此可以相當持久地保持注入層的耐磨性。

離子注入技術(shù)性能

離子注入后形成的表面合金，其耐腐蝕性相當于相應合金的性能，更重要的是，離子注入還可以獲得特殊的耐蝕性非晶態(tài)或亞穩(wěn)態(tài)表面合金，而且離子注入和離子束分析技術(shù)相結(jié)合，作為一種重要的研究手段，有助于表面合金化及其機制的研究。

離子注入作為金屬材料改性的技術(shù)，還有一個重要的優(yōu)點，即注入雜質(zhì)的深度分布接近于高斯分布，注入層和基體之間沒有明顯的界限，結(jié)合是極其緊密的。又因為注入層極薄，可以使被處理的樣品或工件的基體的物理化學性能保持不變,外形尺寸不發(fā)生宏觀的變化,適宜于作為一種最后的表面處理工藝。

離子注入由于化學上純凈、工藝上精確可控，因此作為一種獨特的研究手段，還被廣泛應用于改變光學材料的折射率、提高超導材料的臨界溫度，表面催化、改變磁性材料的磁化強度和提高磁泡的運動速度和模擬中子輻照損傷等等領域。2100433B

離子注入技術(shù)其它介紹

不同類型的離子源用于產(chǎn)生各種強度的離子束；質(zhì)量分析器用來除去不需要的雜質(zhì)離子；束流掃描裝置用來保證大面積注入的均勻性；靶室用來安裝需要注入的樣品或元器件，對不同的對象和不同的注入條件要求可選用不同構(gòu)造的靶室。

離子注入技術(shù)基本特點

離子注入的基本特點是:①純凈摻雜,離子注入是在真空系統(tǒng)中進行的,同時使用高分辨率的質(zhì)量分析器,保證摻雜離子具有極高的純度。②摻雜離子濃度不受平衡固溶度的限制。原則上各種元素均可成為摻雜元素，并可以達到常規(guī)方法所無法達到的摻雜濃度。對于那些常規(guī)方法不能摻雜的元素,離子注入技術(shù)也并不難實現(xiàn)③注入離子的濃度和深度分布精確可控。注入的離子數(shù)決定于積累的束流，深度分布則由加速電壓控制，這兩個參量可以由外界系統(tǒng)精確測量、嚴格控制。④注入離子時襯底溫度可自由選擇。根據(jù)需要既可以在高溫下?lián)诫s，也可以在室溫或低溫條件下?lián)诫s。這在實際應用中是很有價值的。⑤大面積均勻注入。離子注入系統(tǒng)中的束流掃描裝置可以保證在很大的面積上具有很高的摻雜均勻性。⑥離子注入摻雜深度小。一般在 1um以內(nèi)。例如對于100keV離子的平均射程的典型值約為0.1um。

離子注入技術(shù)技術(shù)原理

離子注入是將離子源產(chǎn)生的離子經(jīng)加速后高速射向材料表面，當離子進入表面，將與固體中的原子碰撞，將其擠進內(nèi)部，并在其射程前后和側(cè)面激發(fā)出一個尾跡。這些撞離原子再與其它原子碰撞，后者再繼續(xù)下去，大約在10-11s內(nèi)，材料中將建立一個有數(shù)百個間隙原子和空位的區(qū)域。這所謂碰撞級聯(lián)雖然不能完全理解為一個熱過程，但經(jīng)?？闯墒且粋€熱能很集中的峰。一個帶有100keV能量的離子通常在其能量耗盡并停留之前，可進入到數(shù)百到數(shù)千原子層。當材料回復到平衡，大多數(shù)原子回到正常的點陣位置，而留下一些“凍結(jié)”的空位和間隙原子。這一過程在表面下建立了富集注入元素并具有損傷的表層。離子和損傷的分布大體為高斯分布 。

離子注入設備主要用于制備IBC電池背面的叉指狀間隔排列的P區(qū)和N區(qū)。由于離子注入技術(shù)的各向異性，投射深度與劑量可精確控制等特點，其可以精確地控制摻雜濃度和結(jié)深，避免了爐管擴散中存在的擴散死層和側(cè)向擴散，具有優(yōu)秀的圖案化注入精度。離子注入后，需要進行一步高溫退火過程來將雜質(zhì)激活并推進到硅片內(nèi)部，同時修復由于高能離子注入所引起的硅片表面晶格損傷。相比于其他技術(shù)，離子注入技術(shù)在IBC電池背面制備呈叉指狀間隔排列的P區(qū)和N區(qū)具有極大的技術(shù)優(yōu)勢。 2100433B

中心擁有中國合格評定國家認可委員會（CNAS）的認可和廣東省質(zhì)監(jiān)局計量認證，擁有第三方實驗室獨立地位，具備向社會出具公正檢測數(shù)據(jù)的資質(zhì)。

幾年來，中心在863研發(fā)中心原來集成的國家863計劃科研成果等離子體滲注鍍復合處理技術(shù)、真空電弧離子鍍技術(shù)、磁控濺射鍍膜技術(shù)、微弧氧化技術(shù)、低溫離子滲氮滲碳技術(shù)、全方位離子注入技術(shù)、金屬蒸汽真空弧離子注入技術(shù)、等離子體化學氣相沉積技術(shù)、多功能離子束增強沉積技術(shù)等先進技術(shù)設備的基礎上，陸續(xù)配置了掃描電子顯微鏡、X射線能譜儀、X射線衍射儀、電化學綜合測試系統(tǒng)、納米力學綜合測試系統(tǒng)、原子力顯微鏡、X射線光電子能譜儀、微型二次離子質(zhì)譜儀、紅外吸收光譜儀、金相顯微鏡、大載荷劃痕儀、X射線熒光測厚儀、輪廓儀、色差儀、顯微硬度計、摩擦磨損實驗機、金相制樣設備等國際名牌分析測試儀器設備近20臺（套），總價值1500萬元，現(xiàn)有獨立現(xiàn)代化實驗室800平方米，規(guī)模居華南前列。