等离子体源离子注入半圆碗状球内壁离子能量和角度分布
等离子体浸没离子注入论文：等离子体浸没离子注入 充电效应 PIC-MCC模型 混合PIC 圆柱形介质圆管
【关键词】等离子体浸没离子注入充电效应 PIC-MCC模型混合PIC 圆柱形介质圆管【英文关键词】Plasma Immersion Ion Implantation Charging effects Particle In Cellplus Monte Carlo Collision(PIC/MCC)model Hybrid PIC Cylindrical dielectric tube等离子体浸没离子注入论文：等离子体浸没离子注入介质靶鞘层特性的粒子模拟研究【中文摘要】等离子体浸没离子注入(plasma immersion ion implantation,简称PⅢ)是在传统的束线离子注入(PBⅡ)的基础上提出的一种新的离子注入技术,由于其具有成本低、设备简单、易操作、适合处理复杂形状样品等诸多优点,在材料表面改性、半导体和微电子材料加工等方面得到广泛的应用。
然而,由于介质材料的导电性能较差,在对介质材料进行表面改性时容易出现注入离子电荷在表面积累的现象,出现充电效应,从而导致注入离子能量达不到预期负脉冲电压幅值,严重影响注入效果；同时,对于空心圆柱形介质圆管的内表面的离子注入过程,除了充电效应,随着离子注入过程的进行,介质圆管内的鞘层不断向圆管中心扩展,鞘层在圆管中心会出现重叠现象,导致离子的注入剂量和注入能量降低。
为了解决上述问题,对介质靶PⅢ过程中鞘层演化特性进行理论上的深入研究就显得尤为必要。
因为注入材料表面的离子主要是在鞘层中获得加速,鞘层特性直接影响被加工材料的离子注入效果,同时,理论研究的结果可以揭示离子注入过程的物理机理,为实际离子注入工艺的优化提供一定的参考。
本文主要采用粒子模拟(particle in cell,简称PIC)方法,对介质靶材料等离子体浸没离子注入过程中的鞘层演化规律和靶表面的离子注入特性进行了模拟研究,分析讨论了各种参数对PⅢ过程中鞘层演化和注入特性的影响。
等离子体源离子注入柱形空心阴极内表面的蒙特-卡罗模拟
聊 ， ０ ＝ｍ ｓ Ｏ ＇ ｖｉ ， ｎ
ｍ
￡ ＝￡＋ｅ Ｅ（， ＋Ｅ ｒ ］ ／ ． ［ ｒ） （ ）Ａｒ２
（） ５
， ：
一
．
（） ６
是离子 的质量 ； ０ ０ 、 分别表示碰撞前后离子运动方向与径 向之 间夹 角． 若离子在 △ ｒ内与 中性 粒子发生碰撞 ， 其碰撞类 型由概率确定为 （ ）Ｑ ￡ ， （ ）Ｑ ｅ ． ￡／ （ ） ￡ ／ （ ） ￡ ＝￡ ｏ ， Ｉ ｃｓ ２ （） ７ （） ８
维普资讯
２Ｏ 年 ３月 Ｏ７
第 ２卷 ２
第１ 期
山 东 师 范 大 学 学 报 （ 然 科 学 版） 自 Ｊｕ ａ ｏＳ ａｄｎ ｏ ａ Ｕ ｉ ｒｔ（ ａ ｒｌ ｃ ｎｅ ｏｒ ｌ ｆ ｈｎｏｇＮ ｒ ｌ ｎ ｅ ｉ Ｎ ｔ ａ Ｓｉ ｃ） ｎ ｍ ｖ ｓｙ ｕ ｅ
摘要 采用蒙特～卡罗方法对柱形空心阴极的氮离Ｔ（ ＋ ） － ， 注入进行了研究 ， Ｎ 考虑了氮离子与中性原子的电荷交换和弹
性碰撞 ， 计算 了氮离子在不 同压强下鞘层内表 面的能量分布及角分 布 ．
关 键 词 等离子体源离子注入 ； 柱形空心阴极脉 冲放电 ； 蒙特卡罗模拟
中图分类号
十分必要 的．
１ 基本模 型
１１ 基本假设 ． 在室温下 ， 考虑等离子体注入空心阴极内表面情况 ． 当在 阴极 样品上加 脉冲负高 压后 ， 二 时 间内（ 在 ∞ 为
电子等离子体频率）阴极附近的电子和离子分别向远离和朝着阴极内表面运动． ， 而在此时间内， 离子的运动可忽略不计 ． 因
０５９ ３
等离子体源离子注入（ 简称 Ｐ Ⅱ） Ｓ 方法是一项低温等离子体材 料表面改性新技术 ， Ｐ Ⅱ中 ， 在 Ｓ 待处理 的样 品直接浸没在等
浅谈等离子体浸没离子注入技术及其应用
摘要:等离子浸没离子注入技术是一种新型的离子注入技术，有着自己独特的优点，目前已成为热点研究领域，其主要应用于对材料表面处理以提高其磨损性能。
本文简要阐述了等离子体浸没离子注入技术，并就其在表面改性领域中的广泛应用进行了分析与探究。
关键词:等离子体浸没与注入应用技术1等离子体浸没离子注入技术等离子体俗称物质存在的第四态，是指在一定强度的电场作用下，气体中的原子受到激发，内部带点粒子发生加速运动相互碰撞后进行能量传递，最后电离放电而形成的一种物质。
等离子体在常规条件下是不可能产生的，必须在特殊条件下才能形成。
而等离子体注入，就是等离子体的一种应用领域，也是目前运用比较多的一种表面改性处理技术，是通过向基体注入外来离子而改变基体材料表面组成成分以及结构，达到改变基体材料各种性能的目的。
等离子体浸没离子注入英文简称为PIII，其设备由等离子体源、脉冲电源、真空室以及真空泵四大部门组成。
将样品置入实验真空室内，并安装在特定需要的位置，当真空抽至所需要求时，将工作气体通入真空室内，通过射频耦合等多种方式将通入的气体电离成等离子体。
由于等离子体在真空室内处于弥漫状态，因此可以达到样品完全浸没气体的目的。
向样品表面施加负脉冲偏压，等离子体在负偏压的电场作用下，电子向真空室壁运动，正离子向样品表面停留，便形成了一层厚度较厚的正离子鞘层。
此时，正离子在电场作用下获得能力，垂直入射到样品表面，达到了样品表面注入离子的目的。
与传统的离子注入技术相比，PIII有着独特的优点。
在实验过程中不需要旋转样品，因为在真空室内形成的等离子是属于弥漫型，能达到360°浸没与注入的效果；可以加工形状复杂的样品；所加偏压高，足以满足正离子注入样品表面，与原有粒子发生结合形成新的金相组织结构，既能保持样品材料原有性能、表面光洁度和尺寸，又能以改变这种材料表面的物理，化学及机械性能。
2等离子体浸没离子注入技术的应用1987年，rad教授在美国提出了PIII技术，运用至今，已有多年历史，并是当前表面改性的热点，以其设备简单、效率高、成本低的特点广泛应用于各种领域。
等离子体物理基础期末考试(含答案)解析
版权所有，违者必究！！中文版低温等离子体作业一. 氩等离子体密度103210n cm -=⨯, 电子温度 1.0e T eV =, 离子温度0.026i T eV =, 存在恒定均匀磁场B = 800 Gauss, 求 （1） 德拜半径；（2） 电子等离子体频率和离子等离子体频率； （3） 电子回旋频率和离子回旋频率； （4） 电子回旋半径和离子回旋半径。
解：1、1/2302()8.310()e iD e i T T mm T T neελ-==⨯+， 2、氩原子量为40，221/21/200()8.0,()29pe pi e ine ne GHz MHz m m ωωεε====，3、14,0.19e i e ieB eB GHz MHz m m Ω==Ω== 4、设粒子运动与磁场垂直24.210, 1.3e e i i ce ci m v m v r mm r mm qB qB -===⨯===二、一个长度为2L 的柱对称磁镜约束装置，沿轴线磁场分布为220()(1/)B z B z L =+，并满足空间缓变条件。
求：（1）带电粒子能被约束住需满足的条件。
（2）估计逃逸粒子占全部粒子的比例。
解：1、由B(z)分布，可以求出02m B B =，由磁矩守恒得22001122m mmv mv B B ⊥⊥=，即0m v ⊥⊥= （1） 当粒子能被约束时，由粒子能量守恒有0m v v ⊥≥，因此带电粒子能被约束住的条件是在磁镜中央，粒子速度满足002v v ⊥≥2、逃逸粒子百分比201sin 129.3%2P d d πθϕθθπ===⎰⎰ （2）三、 在高频电场0cos E E t ω=中，仅考虑电子与中性粒子的弹性碰撞，并且碰撞频率/t t ea ea v νλ=正比于速度。
求电子的速度分布函数，电子平均动能，并说明当t ea ων>>时，电子遵守麦克斯韦尔分布。
解：课件6.6节。
离子注入介绍
掺杂，曝光，刻蚀，镀膜，退火，净化，改性，打孔，切割，等。不同 的用途需要不同的离子能量E，
E<10Kev 刻蚀，镀膜 E:10~50Kev 曝光 E>50Kev 注入掺杂
概述
离子注入工艺是IC制造中占主导的掺杂技术
离子注入：将杂质离化，通过电场加速，将这些离化的杂质直接 打入晶元中，达到掺杂的目的
共晶合金LMIS
通常用来对各种半导体进行离子注入掺杂的元素，因为熔点高或蒸气压高而无法制成单体LMIS。
根据冶金学原理，由两种或者多种金属组成的合金，其熔点会大大低于组成这种合金的单体金属 的熔点，从而可大大降低合金中金属处于液态时的蒸气压。
例如，金和硅的熔点分别为1063℃和1404℃，他们在此温度的蒸气压分别为1e-3Torr和1e-1Torr。 当以适当的组分组成合金时，其熔点降为370℃，在此温度下，金和硅的蒸气压分别仅为1e22Torr和1e-19Torr。这就满足了LMIS的要求。
加速方式： 先加速后分析 前后加速，中间分析 第二种方式比较常见
聚焦系统和中性束偏移器
5.偏转扫描系统
用来使离子束沿X,Y方向在一定面积内进行扫描 静电光栅扫描，适于中低束流机 机械扫描，适于强束流机
离子束电流的测量
法拉第杯：捕获进入的电荷，测量离子电流 注入剂量：
当一个离子的荷电量为m时，注入剂量为：
两种质量分析器的对比：
在E×B质量分析器中，所需离子不改变方向，但在输出的离子束中容易含有中性粒子，磁质量分析 器则相反，所需离子需要改变方向，但其优点是中性粒子束不能通过。
离子加速器
产生高压静电场，用来对离子 加速。该加速能量是决定离子 注入深度的一个重要参量，一 般需要<1e-6Torr的真空环境
离子注入
43
热退火过程中的扩散效应 热退火过程中的扩散效应
高斯分布的杂质在热退火过程中会使其分布展宽，偏 离注入时的分布，尤其是尾部，出现了较长的按指数 衰减的拖尾
44
快速热退火（ RTA） 快速热退火（ RTA） 传统热退火的缺点
不能完全消除缺陷，产生二次缺陷
28
解决办法
怎么解决？？？
29
阴影效应
离子束
掺杂区域
阴影区域
30
阴影效应消除
退火和扩散后
31
注入损伤过程 注入后发生了什么………
晶格损伤和无定型层
靶原子在碰撞过程中，获得能量，离开晶格位置，进 入间隙，形成间隙－空位缺陷对；
脱离晶格位置的靶原子与其它靶原子碰撞，也可使得 被碰靶原子脱离晶格位置。 缺陷的存在使得半导体中载流子的迁移率下降，少子 寿命缩短，影响器件性能。
非晶层的退火机理是与固相外延再生长过程相联系 在再生长过程中，Ⅴ族原子实际上与硅原子难以区分，它们在再 结晶的过程当中，作为替位原子被结合在晶格位置上。所以在相 对很低的温度下，杂质可被完全激活。
41
热退火过程中的扩散效应
热退火的温度与热扩散的温度相比，要低得多。
但是，对于注入区的杂质，即使在比较低的温度下
退火温度可以分为三个区域
• 500℃以下，电激活比例又随温度上升而增加 • 500～600℃范围内，出现逆退火特性
– 晶格损伤解离而释放出大量的间隙Si原子，这些间隙Si原 子与替位B原子接近时，可以相互换位，使得B原子进入晶 格间隙，激活率下降。
• 600℃以上，电激活比例又随温度上升而增加
39
核碰撞和电子碰撞
离子注入
离子注入（Ion Implant）和快速热退火（RTA）1、离子注入首先对离子注入的物理原理进行了学习：离子注入是通过使待注入的原子（分子）电离，离子经过加速射到固体材料以后，与材料中的原子核与电子将发生一系列碰撞，经过一段曲折路径的运动，入射离子能量逐渐损失，最后停留在材料中，并引起材料表面成分、结构和性能发生变化。
接着对离子注入的基本要素做了了解：注入能量：决定离子的入射深度；能量越大，离子获得的速度越大，相同衬底上注入的越深。
注入剂量和注入时间：决定了离子的注入浓度。
剂量越大，靶材单位面积内获得的离子越多，Rs值越小。
然后对扩散与离子注入在一些方面做了比较：扩散离子注入工艺条件1000o C 硬掩膜低温光刻掩膜注入分布各向同性分布各向异性分布接下来认真学习了LTPS工艺中遇到的离子注入：CHD（channel doping）CHD的作用：控制TFT Vth, 由于多晶硅天生的晶粒缺陷容易造成Vth的严重飘移和均匀性不佳，尤其当晶体管尺寸缩小时，Vth的问题将会更加严重。
CHD的条件：掺B-5kev-2E12（所用气体：BF3）。
ND/PD作用：控制形成NMOS/PMOS的源漏极区域，由于LTPS 的本征多晶硅阻值相当高，需以注入方向改变主要导电载流子种类；使M2与poly-Si形成欧姆接触，减少接触电阻，→Ion升高；阻止少数载流子通过→Ioff下降。
ND条件：P-15kev-4E14（所用气体：PH3）PD条件：B-25kev-1E15（所用气体：BF3）注意到了ND和PD掺杂时剂量和能量的不同，并分析了其原因：PD掺杂时需要穿过GI层进入poly-Si中，且需要补偿LDD 掺杂中进入Pmos区的P。
LDD作用：抑制热载流子效应：以较低的注入量在源极/漏极端与沟道之间掺杂,形成一浓度缓冲区,等效串联了一个大电阻,水平方向电场减少并降低了电场加速引起的碰撞电离产生的热载流子几率。
注意到注入剂量需要适度：注入剂量过大，会使LDD 注入失去意义；注入剂量太小，会造成串联电阻过高，降低载流子迁移率。
第四章 离子注入
1.2几个基本概念：射程、投影射程及 标准偏差 射程R : 离子从进入靶开始到停止点所通 过的总路程叫射程。
投影射程xp : 射程在离子入射方向的投影长度 称作投影射程。 射程横向分量Xt： 射程在垂直于入射 方向的平面内的投 影长度
射程、投影射程及标准偏差 平均投影射程RP ：虽然入射到靶内的是同一种离子、具 有的能量也相同，但是各个入射离子进入靶后所经历的碰 撞过程是一个随机过程，所以各个离子的射程和投影射程 不一定相同。大量入射离子投影射程的统计平均值称作平 均投影射程，用RP表示。 标准偏差ΔRp：各个入射离子的投影射程 xp 分散地分布 在平均投影射程 RP 周围，用标准偏差ΔRp 表示 xp 的分 散情况。
C ( x p ) Cmax exp[
ΔRp ：标准偏差
( x p Rp )2 2(R p )
2
]
RP：平均投影射程
Cmax：峰值处的离子浓度 xp ：投影射程 C(xp)：表示距靶表面深度为xp处的注入离子浓度
如果把杂质浓度分布公式对 xp 积分，就得到单位面 积的表面层中注入的总离子数，即注入剂量NS
LOGO
第四章 离子注入
本章内容
概述 离子注入基本原理 射程与注入离子的分布 离子注入设备系统 实际的入射离子分布问题 注入损伤与退火 离子注入在MOS IC中的应用
概述
离子注入技术是六十年代发展起来，目前在IC制造 中占主导地位的一种掺杂技术 基本原理——将杂质原子经过离化变成带电的杂质 离子，并使其在电场中加速，获得一定能量后，直 接轰击到半导体基片内，使之在体内形成一定的杂 质分布，起到掺杂的作用。 一般CMOS工艺流程需6~12次离子注入 典型的离子注入工艺参数：能量约5~200KeV，剂 量约1011~1016/cm2，注入深度平均可达 10nm~10um
离子注入
原理
等离子体基离子注入PBⅡ装置示意图离子注入技术又是近30年来在国际上蓬勃发展和广泛应用的一种材料表 面改性技术。其基本原理是：用能量为100keV量级的离子束入射到材料中去，离子束与材料中的原子或分子将发 生一系列物理的和化学的相互作用，入射离子逐渐损失能量，最后停留在材料中，并引起材料表面成分、结构和 性能发生变化，从而优化材料表面性能，或获得某些新的优异性能。 此项技术由于其独特而突出的优点，已经 在半导体材料掺杂，金属、陶瓷、高分子聚合物等的表面改性上获得了极为广泛的应用，取得了巨大的经济效益 和社会效益。
集成电路前道制程中有许多光刻层之后的工艺是离子注入（ion implantation），这些光刻层被称为离子注 入光刻层（implant layers）。离子注入完成后，晶圆表面的光刻胶必须被清除掉，清除离子注入后的光刻胶是 光刻工艺中的一个难点。
优势
高能离子注入的优势 多样性：原则上任何元素都可以作为注入离子；形成的结构可不受热力学参数（扩散、溶解度等）限制； 不改变：不改变工件的原有尺寸和粗糙度等；适合于各类精密零件生产的最后一道工序； 牢固性：注入离子直接和材料表面原子或分子结合，形成改性层，改性层和基底材料没有清晰的界面，结合 牢靠，不存在脱落的现象； 不受限：注入过程在材料温度低于零下、高到几百上千度都可以进行；可对那些普通方法不能处理的材料进 行表面强化，如塑料、回火温度低的钢材等；
(2)热挤压和注塑模具，可使能耗降低20%左右，延长使用寿命10倍左右；
(3)精密运动耦合部件，如抽气泵定子和转子，陀螺仪的凸轮和卡板，活塞、轴承、齿轮、涡轮涡杆等，可 大幅度地降低摩擦系数，提高耐磨性和耐蚀性，延长使用寿命最多可以达到100倍以上；
(4)挤压合成纤维和光导纤维的精密喷嘴，可以大大提高其抗磨蚀性和使用寿命；
等离子注入原理
等离子注入原理你可以把这个微观世界想象成一个超级小的社区，里面住着好多调皮捣蛋的小粒子呢。
等离子体呢，它可不是一般的东西，它就像是这个小社区里一群特别活跃、充满活力的小团体。
等离子体是由离子、电子还有一些没电离的中性粒子组成的。
这些粒子啊，就像一群精力无限的小顽童，到处跑来跑去，充满了能量。
那等离子注入是怎么一回事呢？其实就像是这个小社区里的一场特殊的“注入派对”。
我们想要把等离子体里那些带着能量的离子送进一个特定的“小房子”里，这个“小房子”可能是一块材料，比如说一块金属或者半导体材料。
当我们开始这个“注入派对”的时候，首先得有个力量来推动这些等离子体里的离子动起来。
这个力量就像是一个热情的派对组织者，它可能是一个电场。
这个电场就像一个超级有号召力的人，对着那些离子大喊：“小家伙们，朝着那个方向跑呀！”于是，离子们就听话地朝着电场指的方向开始奔跑啦。
这些离子跑向目标材料的时候，就像是一群小探险家冲向一个神秘的城堡。
当它们冲进这个材料的内部，那可就热闹啦。
它们会在这个材料里横冲直撞，就像一群调皮的孩子在城堡里到处探索。
它们会和材料里原本的原子、分子发生各种各样的互动。
有些离子可能会直接撞到材料里的原子上，这时候就像两个调皮的小伙伴撞了个满怀。
这种撞击会让材料里的原子结构发生变化呢。
可能原本原子们排得整整齐齐的，被这么一撞，就有点乱了阵脚。
不过这种混乱有时候可不是坏事，它可能会给材料带来一些新的特性。
比如说，让原本不导电的材料变得能导电了，或者让材料变得更加坚硬、耐磨。
还有些离子呢，它们会悄悄地钻进原子之间的空隙里。
这就像是一群小机灵鬼发现了城堡里隐藏的小通道，然后偷偷地溜进去。
它们在里面安营扎寨，改变了材料内部的化学成分分布。
这就好像是在这个材料城堡里重新布置了一些小机关，让这个城堡有了新的功能。
而且哦，这个等离子注入的过程就像一场精心策划的派对，我们可以控制很多东西呢。
我们可以控制注入离子的种类，就像我们可以选择邀请哪些小伙伴来参加派对一样。
离子注入 PPT
沿<110>晶向得硅晶格视图
控制沟道效应得方法 1、 倾斜硅片:保证很短距离发生碰撞
常用方法,一般MOS工艺倾斜7o 阴影效应、横向掺杂、超浅结注入不起作用 2、 缓冲氧化层:离子通过氧化层后,方向随机。 可同时减小离子注入损伤 产生不需要得氧注入 有效性与厚度、注入能量、方向、杂质种类相关
倒掺杂阱注入
高能量离子注入使阱中较深处杂质浓度较大,倒掺 杂阱改进CMOS器件得抗闩锁和穿通能力。
穿通阻挡层注入
作用:防止亚微米及以下得短沟道器件源漏穿通,保 证源漏耐压。
阈值电压调整注入
NMOS阈值电压公式:
QBm＝q·NB·Xdm, QBm为表面耗尽层单位面积上得电荷密度
轻掺杂漏(LDD:Lightly Doped Drain )注入
其中N为入射离子总数,RPi为第i个离子得投影射程
离子投影射程得平均标准偏差△RP为
RP
RP RP,i 2 N
其中N为入射离子总数 Rp 为平均投影射程 Rpi为第i个离子得投影射程
离子注入浓度分布
LSS理论描述了注入离子在无定形靶中得浓度分布 为高斯分布其方程为
其中φ为注入剂量 χ为离样品表面得深度 Rp为平均投影射程 △Rp为投影射程得平均标准偏差
通过调节磁场大小 选择特定得离子
3、 加速管
加速管用来加速正离子以获得更高得速度(即动能) 。
加速管
离子注入能量与剂量
高能注入
线性加速器:一组电极,只有离子处于两电极之间时 两电极加电压,从而只需几十kV得电压源产生可达 MeV得注入能量。
低能注入
带相同电荷得离子在行进过程中互相排斥,低能注 入行进时间长,离子束直径增大明显。 增大束斑、减小束流、减小离子束运动距离(甚至 不用加速管)、束流减速、空间电荷中和。
离子注入工艺原理ppt课件
7
硅中离子注入能量(KeV)与射程(Å)的对 应关系
入射能量
杂质
B
RP
RP
P
RP
RP
As
RP
RP
20
714 276 255 90 151 34
40
1413 443 488 161 263 59
60
80
100 120 140 160
180
2074 2695 3275 3802 4284 4745 5177
溶解度的限制
4
离子注入的ห้องสมุดไป่ตู้论描述
在离子注入过程中被掺杂的材料一般称为靶，离子轰击靶时， 其中一部分离子在靶的表面被折射出，不能进入靶内，这部 分离子叫做散射离子，进入的部分离子叫做注入离子，为了 精确控制注入的深度，避免沟道效应，往往使靶片的晶轴方 向与入射离子束的方向由一定的角度。
核碰撞 注入离子与靶内原子核之间的相互碰撞 电子碰撞 注入离子与靶内自由电子以及束缚电子之间的碰
(2) 注入剂量增大，靶的晶格损伤越严重。
移位原子 移位阈能 能量淀积过程
12
由于轻离子和重离子引起的晶格损伤
轻离子冲击
重离子冲击
13
（三）、离子注入参数 1、剂量
Q It qnA
Q : 剂量，原子数 / cm2 ；I : 束流，库仑 / 秒 n：每个离子的电荷数；A：注入面积
2、射程：离子穿越硅片的总距离
缺点：缺陷不能完全消除，而且容易产生二次缺陷，杂质 电激活率不高，容易增加表面污染，高温容易导致杂质再分 布，破坏了离子注入的优点。
19
快速退火
优点：通过降低退火温度，缩短退火时间 脉冲激光退火
等离子体物理基础期末考试(含问题详解)
版权所有，违者必究！！中文版低温等离子体作业一. 氩等离子体密度103210n cm -=⨯, 电子温度 1.0e T eV =, 离子温度0.026i T eV =,存在恒定均匀磁场B = 800 Gauss, 求 （1） 德拜半径；（2） 电子等离子体频率和离子等离子体频率； （3） 电子回旋频率和离子回旋频率； （4） 电子回旋半径和离子回旋半径。
解：1、1/2302()8.310()e iD e i T T mm T T neελ-==⨯+， 2、氩原子量为40，221/21/200()8.0,()29pe pi e ine ne GHz MHz m m ωωεε====，3、14,0.19e i e ieB eB GHz MHz m m Ω==Ω== 4、设粒子运动与磁场垂直24.210, 1.3e e i i ce ci m v m v r mm r mm qB qB -===⨯===二、一个长度为2L 的柱对称磁镜约束装置，沿轴线磁场分布为220()(1/)B z B z L =+，并满足空间缓变条件。
求：（1）带电粒子能被约束住需满足的条件。
（2）估计逃逸粒子占全部粒子的比例。
解：1、由B(z)分布，可以求出02m B B =，由磁矩守恒得22001122m mmv mv B B ⊥⊥=，即0m v ⊥⊥= （1） 当粒子能被约束时，由粒子能量守恒有0m v v ⊥≥，因此带电粒子能被约束住的条件是在磁镜中央，粒子速度满足002v v ⊥≥2、逃逸粒子百分比201sin 129.3%2P d d πθϕθθπ===⎰⎰ （2）三、 在高频电场0cos E E t ω=中，仅考虑电子与中性粒子的弹性碰撞，并且碰撞频率/t t ea ea v νλ=正比于速度。
求电子的速度分布函数，电子平均动能，并说明当t ea ων>>时，电子遵守麦克斯韦尔分布。
解：课件6.6节。
空心圆管中等离子体源离子注入鞘层动力学研究的开题报告
空心圆管中等离子体源离子注入鞘层动力学研究的开题报告一、研究背景在聚变等离子体研究中，离子注入技术已被广泛应用。
离子源离子注入技术是一种有效的创造高能量离子束的方法，通过在等离子体中注入离子源离子，可以提高等离子体的密度和温度，从而增强聚变反应。
然而，如果离子源离子直接注入等离子体核心区，会引起等离子体的混沌和不稳定，减少聚变反应效率。
因此，需要将离子注入到等离子体的鞘层区域，以保持等离子体的稳定性。
空心圆管是一种常见的聚变装置，具有简单的几何形状和优良的磁约束性能。
在空心圆管中，离子源通常安装在环形处，离子注入入口则位于鞘层区域。
研究离子注入鞘层区域的动力学过程，对于理解离子注入过程中的等离子体动力学行为、优化离子注入策略、提高聚变反应效率具有重要意义。
二、研究目的本研究的目的是研究空心圆管中等离子体源离子注入鞘层动力学过程，包括离子注入速度、离子注入位置、等离子体密度和温度等因素对鞘层区域的影响。
基于数值模拟方法，模拟不同条件下离子注入鞘层的动力学行为，分析鞘层区域中等离子体密度和温度的变化规律，揭示离子注入过程中的等离子体动力学行为特点。
三、研究内容1. 建立空心圆管等离子体模型。
根据空心圆管的几何形状和磁约束条件，利用磁流体力学（MHD）方法建立空心圆管等离子体模型。
将氢等离子体分为离子和电子两部分，分别计算其运动方程和能量方程。
2. 设计离子注入方案。
根据离子源离子的性质和离子注入策略，确定离子注入速度、离子注入位置等参数，模拟不同条件下离子注入鞘层的动力学行为。
同时，考虑离子注入过程中的弥散和冷却效应，分析离子注入效果的影响因素。
3. 模拟离子注入过程中的等离子体动力学行为。
基于建立的等离子体模型和离子注入方案，数值模拟不同条件下鞘层区域中等离子体密度和温度的变化规律。
分析离子注入过程中等离子体的输运、扰动和混沌特性。
4. 分析离子注入鞘层的效果和优化策略。
根据模拟结果，分析不同离子注入条件下等离子体的稳定性和反应效率，并提出优化离子注入策略的建议。
等离子注入
等离子注入工艺综述摘要 离子注入技术是当今半导体行业对半导体进行掺杂的最主要方法。
本文从对该技术的基本原理、基本仪器结构以及一些具体工艺等角度做了较为详细的介绍，同时介绍了该技术的一些新的应用领域。
关键字 离子注入技术半导体 掺杂1绪论离子注入技术提出于上世纪五十年代，刚提出时是应用在原子物理和核物理究领域。
后来，随着工艺的成熟，在1970年左右，这种技术被引进半导体制造行业。
离子注入技术有很多传统工艺所不具备的优点，比如：是加工温度低，易做浅结，大面积注入杂质仍能保证均匀，掺杂种类广泛，并且易于自动化。
离子注入技术的应用，大大地推动了半导体器件和集成电路工业的发展，从而使集成电路的生产进入了大规模及超大规模时代（ULSI ）。
由此看来，这种技术的重要性不言而喻。
因此，了解这种技术进行在半导体制造行业以及其他新兴领域的应用是十分必要的。
2 基本原理和基本结构2.1 基本原理离子注入是对半导体进行掺杂的一种方法。
它是将杂质电离成离子并聚焦成离子束，在电场中加速而获得极高的动能后，注入到硅中而实现掺杂。
离子具体的注入过程是：入射离子与半导体（靶）的原子核和电子不断发生碰撞，其方向改变，能量减少，经过一段曲折路径的运动后，因动能耗尽而停止在某处。
在这一过程中，涉及到“离子射程”、“”等几个问题，下面来具体分析。
2.1.1离子射程xpz图2.1.1（a ） 离子射程模型图图2.1.1（a ）是离子射入硅中路线的模型图。
其中，把离子从入射点到静止点所通过的总路程称为射程；射程的平均值，记为R ，简称平均射程 ；射程在入射方向上的投影长度，记为p x ,简称投影射程；投影射程的平均值，记为p R ，简称平均投影射程。
入射离子能量损失是由于离子受到核阻挡与电子阻挡。
定义在位移x 处这两种能量损失率分别为n S 和e S ：nn xdE S d =（1）ee dE S k dx== （2）则在dx 内总的能量损失为：()n e n e dE dE dE S S dx =+=+（3）P0000P 0n ed d d d d R E E E ER x E x S S===+⎰⎰⎰（4）n S 的计算比较复杂，而且无法得到解析形式的结果。
离子注入法介绍PPT课件
（2）已知离子注入时的注入束流I，靶面积A，注入时解第3步
计算杂质最大浓度：
求解第4步
写出杂质浓度分布公式：
第21页/共32页
4、根据离子注入条件计算杂质浓度的分布
（3）假设衬底为反型杂质，且浓度为NB，计算PN结结深 由N(xj)=NB 可得到结深计算公式：
第22页/共32页
4、根据离子注入条件计算杂质浓度的分布
（4）根据分布公式，计算不同深度位置的杂质浓度
第23页/共32页
5、实际杂质分布偏差描述的改善
■ 对于低浓度区的偏差，采用高斯分布的高次矩描述：
■ 对于硼的分布，采用Pearson IV分布描述。
■ 用蒙特卡洛法模拟杂质分布在 离子注入计算机模拟工具中十 分常见。
（2）质量分析器：
选择注入所需的杂质成分(B+)
■ 分析磁铁：磁场方向垂直于离子束的速度方向
离子运动路径：
离子运动速率：
质量m+m的离子产生的位移量
■ 出口狭缝：只允许一种(m/q)的离子离开分析仪
第8页/共32页
第9页/共32页
（3）加速管：
加速离子，获得所需能量；高真空(<10-6 Torr)
第3页/共32页
二、离子注入工艺设备及其原理
1、离子注入技术的三大基本要素：
(1) 离子的产生 (2) 离子的加速 (3) 离子的控制
2、离子注入系统的三大组成部分：
(1) 离子源——杂质离子的产生 (2) 加速管——杂质离子的加速 (3) 终端台——离子的控制
第4页/共32页
第5页/共32页
（1）离子源：
图5.8 常见杂质的Sn和Se与注入能量的关系
第16页/共32页
离子注入实验报告
离子注入实验报告1离子注入简介离子注入是一种将离子在电场里加速，并嵌入到另一固体的材料科学。
这个过程用于改变该固体的物理、化学或电子性质。
离子注入用在半导体器件制造和某些材料科学研究。
离子注入可以导致核转变，又或改变其晶体结构。
离子注入技术是20 世纪60 年代开始发展起来的一种在很多方面都优于扩散方法的掺杂工艺。
离子注入是一种将带电的且具有能量的粒子注入衬底硅的过程。
在集成电路制造中，多道掺杂工艺均采用离子注入技术，特别是集成电路制造中的隔离工序中防止寄生沟道用的沟道截断、调整阈值电压用的沟道掺杂、CMOS阱的形成以及源漏区域的形成等主要工序都采用离子注入法进行掺杂。
目前离子注入技术已经成为甚大规模集成电路制造中主要的掺杂工艺。
2离子注入原理2.1离子注入的基本原理其基本原理是：用能量为100keV量级的离子束入射到材料中去，离子束与材料中的原子或分子将发生一系列物理的和化学的相互作用，入射离子逐渐损失能量，最后停留在材料中，并引起材料表面成分、结构和性能发生变化，从而优化材料表面性能，或获得某些新的优异性能。
离子注入是利用某些杂质原子经离化后形成带电杂质离子，离子经过一定的电场加速，直接轰击靶材料实现掺杂或其他作用。
一般的说,离子能量在1－5KeV的称为离子镀；0.1-50KeV称作离子溅射；一般称10－几百KeV的称为离子注入。
3离子注入设备3.1设备组成离子注入设备通常由离子源、分析器、加速聚焦系统和靶室等组成。
如图1所示。
图1 离子注入设备示意图3.2离子源离子源由产生高密度等离子体的腔体和引出部分（吸极）组成。
目前已研制出多种类型的离子源：高频等离子源、弧放电离子源、PIG离子源（潘宁源）、双等离子源、双彭源、转荷型负离子源、溅射型负离子源等。
目前离子源技术还在不断地发展着。
环形双等离子体离子源﹑大型双彭源已可提供百安级的氢正离子流。
磁控管型负离子源已得到安培级的氢负离子束。
一些小型离子源﹐则具有低能散﹑低功耗﹑低气耗﹑长寿命等特色。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第３ １卷 第 ３期
２０ ０ ８年 ９ 月
辽 宁 师 范 大 学 学报 （ 自然科 学 版 ）
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆＬ ａ ｎｎ ｒ ｌ ｎｖ ｒｉ （ ｔ ｒ ｌ ｃｅ ｃ ｉｏ ） ｏ ｒ ａ ｉｏ ｉｇＮｏ ｍａ ｉｅｓｔ Ｎａ ｕ ａ ｉｎ ｅＥｄｔ ｎ ｏ Ｕ ｙ Ｓ ｉ
内底 中心 附近 ） 容易 出现 离子 注入 剂量低 ， 而产 生注 入 不 均匀 的现象 ， 加 大 了对 等 离 子 体源 离 子 注 从 这
入 过程 的工 艺要 求． 同时 ， 子携带 能量 沉积 在工 件表 面后 引起 工件 温度 升高． 离 研究 表 明 ， 无论 是平 面板 样 品还是 半 圆容 器样 品 ， 内部温 度分 布 都 是 不 均匀 的ｒ 。． 于半 圆容 器 而 言 ， 其 ｇ 。对 碗底 中央 区域 的 温度
入进 行 了考 察 ． 随着 中性 气 体 压 力 的增 加 ， 子 在 穿 越 鞘 层 的 过 程 中 与 中性 粒 子 经 历 比较 频 繁 的 碰 撞 ． 些 碰 撞 ～ 方 离 这
面 使 离 子 失 去 能 量 ， ～ 方 面也 使离 子 改 变 运 动 方 向 ， 致 注 入 的低 能 离 子 和 不 垂 直 于 表 面 入射 的离 子增 多 ． 另 导
关 键 词 ： 离子 体 源 离子 注入 ； ｎ ｅＣ ｒ 等 Ｍｏ ｔ ａｌ 拟 ； 量 分布 ； ｏ模 能 角度 分 布 中 图分 类 号 ： ５ ９ Ｏ ３ 文献标识码 ： Ａ
等 离子 体源 离 子 注入 （ ｌｓ ｏ ｒｅＩｎＩ ｌｎａｉｎ 简 称 Ｐ Ｉ） 一 项 非视 线 性口 低 温 等 离子 ＰａｍａＳ ｕ ｃ ｏ ｍｐａ ｔｔ ， ｏ Ｓ Ｉ是 体 材料 表 面 的改 进新 技术 ． 项技 术一 经提 出 ， 引起 了 国际上 的普 遍 关 注． 这 就 由于将 样 品直 接放 入 等离 子 体源 中 ， 需 要转 动靶 台 和离子 束扫 描装 置离 子就 可 以从 各 个方 向垂 直注入 到样 品表 面 ， 而大 大减 不 从
部鞘 层 中行进 时 的运 动轨 迹 ， 过在 不 同半径 的鞘层 边 界上 随 机抽取 与半 径成 正 比 的离 Байду номын сангаас数 量 ， 察 了 通 考
不 同工作 气体 压力 下空 心 圆管 与附加 电极 之 间所有 离 子 注入 圆管 内表 面 时 的能 量 分 布 和角 度分 布 ． 笔 者 利用 Ｍｏ ｔ ａｌ 术考察 有 附加球 形 零 电位 电极 情 况下 ， 圆容 器 内底 中央 区域 注 入离 子 的 能量 ｎｅＣ ｒ ｏ技 半 和 角度 分 布． 拟 过程 中， 模 针对半 圆容 器 ， 不 同半径 的鞘层 边 界 上 随机 抽 取 与半 径 平 方 成正 比的 离子 在 数量 ， 获得 了所 有注 入 到容 器 内底 中央区域 的离 子能 量 和角度 分 布 ； 同时考 察 了气压 变化 对这 种分 布 的
Ｖｏ ． １ Ｎｏ ３ １３ ．
Ｓｅ ． ｐ ２ ８ ００
文章 编 号 ：０ ０１ ３ 【０ ８０ —２ ３０ １ ０—７ ５ ２ ０ ）３０ ９—７
等离 子体源离 入半圆 球内 子能 子注 碗状 壁离 量和角度 分布
刘 成森 吴 雪 飞 ， 高 昕 昕。 ，
（． 宁师 范 大学 物 Ｎ － 子 技 术学 院 ， 宁 大 连 １辽 ＿ ｂ电 辽 １ ６ ２ ； ． 连 理 ２ 大 学 物 理 与光 电 工程 学 院 ， 宁 大 连 １０９ ２大 １ １ 辽 １６２） １ ０４
总是 低 于边 缘 的温度 ， 这也 不 利于 离子在 碗底 中央处沉 积 ， 因此有 必要 全 面考察 这 一 区域离子 注入 的状
况． 王德 真ｕ 等人 提 出了用 Ｍｏ ｔ ａ ｌ 。 ｎ ｅＣ ｒｏ方法模 拟等 离子 体 源离子 注 入过程 中在 不 同气 压下 ， 对不 针 同鞘 层厚 度 的离 子输 运过 程 ， 计算 了平板 样 品和球 体 样 品在 等离 子体 源离 子 注 入过 程 中离 子注 入 能量 分 布和角 度分 布 ． 刘成 森［ “ 等人 利用 Ｍｏ ｔ Ｃ ｒ Ｉ ］ ｎｅ ａ ｌ 法 模 拟 离 子 在有 附 加 零 电位 电极 的空 心 圆 管 内 ｏ方
摘 要 ： 在等离子体源离子注入（ ＳＩ Ｐ Ｉ 技术 中， ） 被加工材料表 明形状 的弯 曲使附近鞘层中电场结构 出现聚焦效应 ， 从
而 引 起 离 子 束 流 和 离 子 注入 剂 量 在 材 料 表 明上 分 布 非 常 不 均 匀 ． 半 圆 容 器 表 面 情 况 下 ， 种 情 况 尤 为 明 显 ． 用 在 这 利 Ｍｏ ｔ ａｌ ｎｅＣ ｒｏ方法 ， 察 了有 共 心 附 加 零 电 位 电 极 时 半 圆 容 器 内 底 中 央 部 位 Ａｒ 考 Ｔ注 入 能 量 和 角 度 分 布 及 真 空 室 中气
压参 数 的 影 响 ． 过在 不 同半 径 的鞘 层 边 界 上 随 机 抽 取 与 半 径 成 正 比的 离 子 数 量 ， 算 了注 入 到 内底 表 面 的所 有 离 子 通 计
能 量 分 布 和 角度 分 布 ． 模 型 中 ， 过 考 虑 两 种 主 要 碰 撞 过 程 ： 荷 交 换 碰 撞 和 弹性 碰撞 ． 不 同工 作 气 压 下 的离 子 注 在 通 电 对
转 向机 械 以及 耐腐蚀 容器 等 领域 ｒ ］ 理论 分析 和试 验 结果 都 表 明 ， ５． 由于半 圆容 器兼 备 了 内外两 类 表 面 并 且表 面弯 曲， 鞘层 中弯 曲 的 电场 导致离 子 聚焦 ， 致使 工件 在等 离子 体源 离子 注入 过程 中 ， 一些部 位 （ 如
少 了离 子在 注入 时 的贱射 损失 ． 用这项 技术 可 以改 变 材料 表 面 的性 能 ， 加 材 料 表 面 的耐 摩擦 性 能 ， 利 增
提高材 料表 面 的抗 腐蚀 能力 ， 也可 以在 材料 表 面形成 化合 物甚 至是 对半 导体 材料 进行 掺杂 等 ］ ．
在 实 际应用 （ 汽车 制造 、 如 医用 材料 和石 油化 工等 ） 半 圆形类 的壳 层 工件 广 泛应 用 于人 造器 官 ， 中，