Institute of Applied Physics Problems, Belarussian State University, Minsk, Belarus

1. ELECTROPHYSICAL COMPLEX ON BASISOF THE ELECTROSTATIC ACCELERATOR ESA-2FOR FUNDAMENTAL AND APPLIED INVESTIGATIONS Lagutin A.E., Boyko E.B., Kamyshan A.S., Komarov F.F. Institute of Applied Physics Problems, Belarussian State University, Minsk, Belarus e-mail: Lagutin@bsu.by

2. ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЕ УСКОРИТЕЛИ ИОНОВ УСКОРИТЕЛЬ ЭСУ-2 УСКОРИТЕЛЬ HVEE AN-2500 • диапазон энергий, кэВ 180 ÷ 1000 • ускоряемые ионы от Н+ до Ar+ • стабильность энергии ± 0,1 % • ток на мишени до 40 мкА • диапазон энергий, кэВ 1000÷2500 • ускоряемые ионы Н+ , Не+ • стабильность энергии ± 0,01 % • ток на мишени до 200 мкА

3. Имплантационный модуль Параметры имплантера: 1) тип имплантируемых ионов. . . . . . . . . . . . . . . . H+, H2+, N+, N2+, Ar+; 2) энергия имплантируемых ионов. . . . . . . . . . . . H+, H2+ (200  1000) кэВ, N+, N2+ (200 1000) кэВ, Ar+ (200 800) кэВ; 3) немонохроматичность ионного пучка. . . . . . . . 0,5 %; 4) полный ток на мишени . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . до 40 мкА; 5) минимальный диаметр пятна на мишени. . . . . 7 мм; 6) диаметр обрабатываемых пластин. . . . . . . . . . . до 100 мм; 7) тип развертки ионного пучка. . . . . . . . . . . . . . . . электростатический; 8) вакуум в мишенной камере. . . . . . . . . . . . . . . . . не более 7105Па; 9) диапазон температуры мишени. . . . . . . . . . . . . (25  500)°С.

4. Ионно-лучевая модификация материалов Формирование скрытых высокоомных термостабильных слоев в кремнии субстехиометрической имплантацией азота Первая (“горячая”) имплантация Условия:t= 400°C, энергия N2+ 400, 280, 200 кэВ, дозы 6,5·1016, 3,3·1016 и 3,1·1016 ион/см2, соответственно. Концентрация азота в скрытом слое составляет в среднем 11÷14 %. Вторая (“холодная”) имплантация Условия: энергия – 400 и 200 кэВ, доза – 0,65·1016 и 0,31·1016 ион/см2 , соответственно. Постимплантационный отжиг t= 900 ÷ 950°C в азоте в течение 30 мин. Энергетические спектры РОР ионов He+ с энергией 1,5 МэВ кристалла Si, после имплантации ионов N2+: 1 – осевой <100> спектр;имплантация в исходный Si: 270 кэВ; 5·1015  ион/см2, при t = 25° C; 2 - осевой <100> спектр; 230 кэВ, 5·1016 ион/см2 при 400° C + 270 кэВ, 5·1015 ион/ см2 при t = 25° C (- - -) – осевой <100> для исходного Si; (−) – случайный спектр. Получено: - среднее значение удельного сопротивления 1,1·106 Ом·см. - толщина скрытого слоя - около 300 нм; - толщина приповерхностного рабочего слоя - около 160 нм.

5. Ионно-лучевая модификация материалов Изменение оптических характеристик органических материалов Пленки полиметилметакрилата[C5H8O2]n Условия:N2+c энергией 300 кэВ и дозами 1012÷1015 ион/см2 см2 Дозовые зависимости изменения толщины Δ d/d пленок ПММА см2 Дозовые зависимости изменения коэффициента преломления пленок ПММА

6. Ионно-лучевая модификация материалов Создание вертикальной изоляции в арсениде галлия Режимы имплантации, при комнатной температуре Удельное сопротивление изоляции 3∙108 Ом∙см Зависимость удельного сопротивления облученного эпитаксиального слоя GaAs c начальным сопротивлением 0,55 Ом∙см от температуры

7. Аналитический модуль РОР с ЭСА Электростатический анализатор энергии • ПараметрыЭСА: • 1. Угол поворота ионного пучка Ф е = 900 • Радиус кривизны r0= 30 cм, r2 – r1 = 0,8 cм • Телесный угол, стягиваемый детектором ΔΩ = 1,3·10-4 ср • Потенциал на электродах ЭСА от ± 45 до ± 7500 В • Диапазон анализируемых энергий от 40 до 281 кэВ • Энергетическое разрешение 1 % АНАЛИТИЧЕСКИЙ МОДУЛЬ РЕЗЕРФОРДОВСКОГО ОБРАТНОГО РАССЕЯНИЯ ИОНОВ

8. Электростатический анализатор энергии Энергетический спектр обратно рассеянных протонов с энергией 240 кэВ пленкой золота (1) и производная dN/dE высокоэнергетической границы спектра (2) Энергетический спектр обратно рассеянных протонов с энергией 240 кэВ пленкой хрома (1) и производная dN/dE высокоэнергетической границы спектра (2)

9. Применение спектрометра РОР с ЭСА Исследование процессов сегрегации ионно-имплантированной примеси на границе раздела кремний – оксид кремния Условия:анализирующий пучок – Н+; энергия пучка - 210 ÷240 кэВ; угол регистрации протонов – 164°; вакуум в камере – 10-4 Па. Образец:Si, имплантация As с энергией 32 кэВ, доза 1015 ион/см2, отжиг t = 1050°C в течение 10 с. Осевой (○) и “случайный” (■) спектр РОР ионов Не+ с энергией 1 МэВ Спектр РОР с ЭСА Н+с энергией 214 кэВ

10. ат./cм2 Si, % As, % O, % 4,5·1016 33,3 0 66,7 1,0·1016 97,5 2,5 0 2,0·1017 99,65 0,35 0 1,0·1017 99,85 0,15 0 ∞ 100 0 0 Применение спектрометра РОР с ЭСА Послойный состав структуры Расчетный профиль распределения мышьяка по глубине

11. Применение спектрометра РОР с ЭСА Измерение энергетических распределений ионов в пучке нейтронного генератора НГ-12 ГНУ «ОИЭЯИ-Сосны» Ширина энергетического распределения ионов ΔЕфакт.определяется: ΔЕфакт.= (ΔЕ2изм.- ΔЕ2кал.)1/2 Измеренные параметры ионного пучка Энергетический спектр рассеянных ионов атомарного водорода с энергией 222 кэВ никелевой мишенью (1) и производная от края спектра (2)

12. Применение спектрометра РОР с ЭСА Контроль качества поверхности Si с различной степенью шероховатости Энергетические спектры РОР поверхности кремния с различной степенью шероховатости

13. Экспериментальная установка Параметры установки: • Измеренная угловая расходимость зондирующего пучка ± 210-2град.при немонохроматичности менее 0,1 %; • скорость сканирования угловых распределений не превышает 2,510-3град./с; • диапазон сканирования 0 ÷ 7,0 град.; • 4) полное измеренное энергетическое разрешение системы регистрации 19 кэВ. УСТАНОВКА ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ПРОЦЕССОВ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ С ТВЕРДЫМ ТЕЛОМ

14. Взаимодействие протонов с кремнием Угловые распределения энергетических потерь протонов в <111> кристалле Si толщиной 1,3 (а) и 2 мкм (б). Угол между кристаллографической осью и пучком 0°.

15. Взаимодействие протонов с кремнием Угловые распределения отраженныхповерхностью кремния протонов с энергией 380 кэВ при углах падения 0,3º (1) и 0,5º (2) Энергетические спектры отраженных поверхностью (111) кремния протонов с энергией 380 кэВ при угле влета относительно поверхности 0,5° и угле регистрации 1°

16. Прохождение протонов через капилляры Угловые распределения протонов с энергией 240 кэВ при прохождении стеклянного капилляра длиной 60 мм и диаметром 0,5 мм

17. Выводы • создан спектрометр РОР с энергетическим разрешением 1 % за счет использования разработанного электростатического анализатора энергии для измерения профилей концентрации мелкозалегающей примеси; • - разработана установка для исследования процессов взаимодействия заряженных частиц с твердым телом; • разработан высокоэнергетический имплантационный модуль для ионно-лучевой модификации приповерхностных слоев твердотельных материалов. • На основе созданного исследовательско-имплантационного комплекса экспериментально изучены: • – процессы сегрегации имплантированной примеси на границе раздела кремний-оксид кремния, происходящие в результате быстрого термического отжига; • – процессы формирования скрытых высокоомных термостабильных слоев в кремнии, вертикальной изоляции в арсениде галлия, модификации оптических характеристик диэлектрических материалов; • - процессы взаимодействия ускоренных ионов водорода с монокристаллами кремния в режимах движения на просвет и отражение при углах падения ионов на поверхность мишени близких к углу Линдхарда (до 2÷3 ΨL).