離子注入技術(shù)基本信息

離子注入技術(shù)其它介紹

不同類(lèi)型的離子源用于產(chǎn)生各種強(qiáng)度的離子束；質(zhì)量分析器用來(lái)除去不需要的雜質(zhì)離子；束流掃描裝置用來(lái)保證大面積注入的均勻性；靶室用來(lái)安裝需要注入的樣品或元器件，對(duì)不同的對(duì)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(diǎn)

離子注入的基本特點(diǎn)是:①純凈摻雜,離子注入是在真空系統(tǒng)中進(jìn)行的,同時(shí)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(dá)到常規(guī)方法所無(wú)法達(dá)到的摻雜濃度。對(duì)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(shí)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(gè)參量可以由外界系統(tǒng)精確測(cè)量、嚴(yán)格控制。④注入離子時(shí)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(shí)際應(yīng)用中是很有價(jià)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?xún)?nèi)。例如對(duì)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(dāng)離子進(jìn)入表面，將與固體中的原子碰撞，將其擠進(jìn)內(nèi)部，并在其射程前后和側(cè)面激發(fā)出一個(gè)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(gè)有數(shù)百個(gè)間隙原子和空位的區(qū)域。這所謂碰撞級(jí)聯(lián)雖然不能完全理解為一個(gè)熱過(guò)程，但經(jīng)?？闯墒且粋€(gè)熱能很集中的峰。一個(gè)帶有100keV能量的離子通常在其能量耗盡并停留之前，可進(jìn)入到數(shù)百到數(shù)千原子層。當(dāng)材料回復(fù)到平衡，大多數(shù)原子回到正常的點(diǎn)陣位置，而留下一些“凍結(jié)”的空位和間隙原子。這一過(guò)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 。

離子注入技術(shù)發(fā)展歷程

離子注入首先是作為一種半導(dǎo)體材料的摻雜技術(shù)發(fā)展起來(lái)的，它所取得的成功是其優(yōu)越性的最好例證。低溫?fù)诫s、精確的劑量控制、掩蔽容易、均勻性好這些優(yōu)點(diǎn)，使得經(jīng)離子注入摻雜所制成的幾十種半導(dǎo)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(diǎn)。對(duì)于大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路來(lái)說(shuō)，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(shí)，離子束的直進(jìn)性保證注入的離子幾乎是垂直地向內(nèi)摻雜，橫向擴(kuò)散極其微小，這樣就有可能使電路的線(xiàn)條更加纖細(xì)，線(xiàn)條間距進(jìn)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(dǎo)體器件和集成電路生產(chǎn)的關(guān)鍵工藝之一。在制造半導(dǎo)體器件和集成電路的生產(chǎn)線(xiàn)上，已經(jīng)廣泛地配備了離子注入機(jī)。

70年代以后，離子注入在金屬表面改性方面的應(yīng)用迅速發(fā)展。在耐磨性的研究方面已取得顯著成績(jī)，并得到初步的應(yīng)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(jìn)展。

注入金屬表面的摻雜原子本身和在注入過(guò)程中產(chǎn)生的點(diǎn)陣缺陷，都對(duì)位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)起“釘扎”作用，從而使金屬表面得到強(qiáng)化，提高了表面硬度。其次，適當(dāng)選擇摻雜元素，可以使注入層本身起著一種固體潤(rùn)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(gè)數(shù)量級(jí)以上。實(shí)驗(yàn)結(jié)果業(yè)已證明，摻雜原子在磨損過(guò)程中不斷向基體內(nèi)部推移,相當(dāng)于注入層逐步內(nèi)移,因此可以相當(dāng)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(dāng)于相應(yīng)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(jī)制的研究。

離子注入作為金屬材料改性的技術(shù)，還有一個(gè)重要的優(yōu)點(diǎn)，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(méi)有明顯的界限，結(jié)合是極其緊密的。又因?yàn)樽⑷雽訕O薄，可以使被處理的樣品或工件的基體的物理化學(xué)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(xué)上純凈、工藝上精確可控，因此作為一種獨(dú)特的研究手段，還被廣泛應(yīng)用于改變光學(xué)材料的折射率、提高超導(dǎo)材料的臨界溫度，表面催化、改變磁性材料的磁化強(qiáng)度和提高磁泡的運(yùn)動(dòng)速度和模擬中子輻照損傷等等領(lǐng)域。2100433B

離子注入設(shè)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(diǎn)，其可以精確地控制摻雜濃度和結(jié)深，避免了爐管擴(kuò)散中存在的擴(kuò)散死層和側(cè)向擴(kuò)散，具有優(yōu)秀的圖案化注入精度。離子注入后，需要進(jìn)行一步高溫退火過(guò)程來(lái)將雜質(zhì)激活并推進(jìn)到硅片內(nèi)部，同時(shí)修復(fù)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(shì)。 2100433B

中心擁有中國(guó)合格評(píng)定國(guó)家認(rèn)可委員會(huì)（CNAS）的認(rèn)可和廣東省質(zhì)監(jiān)局計(jì)量認(rèn)證，擁有第三方實(shí)驗(yàn)室獨(dú)立地位，具備向社會(huì)出具公正檢測(cè)數(shù)據(jù)的資質(zhì)。

幾年來(lái)，中心在863研發(fā)中心原來(lái)集成的國(guó)家863計(jì)劃科研成果等離子體滲注鍍復(fù)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(xué)氣相沉積技術(shù)、多功能離子束增強(qiáng)沉積技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)設(shè)備的基礎(chǔ)上，陸續(xù)配置了掃描電子顯微鏡、X射線(xiàn)能譜儀、X射線(xiàn)衍射儀、電化學(xué)綜合測(cè)試系統(tǒng)、納米力學(xué)綜合測(cè)試系統(tǒng)、原子力顯微鏡、X射線(xiàn)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(xiàn)熒光測(cè)厚儀、輪廓儀、色差儀、顯微硬度計(jì)、摩擦磨損實(shí)驗(yàn)機(jī)、金相制樣設(shè)備等國(guó)際名牌分析測(cè)試儀器設(shè)備近20臺(tái)（套），總價(jià)值1500萬(wàn)元，現(xiàn)有獨(dú)立現(xiàn)代化實(shí)驗(yàn)室800平方米，規(guī)模居華南前列。