Определение кинетических коэффициентов при ионной имплантации в металлические системы

• Автор: Никитин, Андрей Вячеславович
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Ижевск
• Количество страниц: 125 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ИОННАЯ ИМПЛАНТАЦИЯ В МЕТАЛЛЫ
1.1. Процессы, сопровождающие движение ионов
1.2. Процессы, влияющие на состав и структуру ионно-имплантированных слоев
1.2.1. Столкновительные процессы
1.2.2. Диффузионные процессы
1.3. Структурно-фазовые процессы
1.3.1. Аморфизация ионно-имплантированных слоев
1.3.2. Рекристаллизация поверхностного слоя при ионной имплантации
1.4. Модификация физико-химических свойств
1.5. Модели сегрегационных явлений
Выводы к главе
ГЛАВА 2. ФОРМИРОВАНИЕ ИОННО-ИМПЛАНТИРОВАННЫХ
СЛОЕВ С УЧЕТОМ КОМПЛЕКСООБРАЗОВАНИЯ
2.1. Модель
2.2. Схема расчетов
Выводы к главе
ГЛАВА 3. МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ
3.1. Ионно-лучевая обработка образцов
3.2. Методы исследования состава
3.3. Методы исследования структуры
3.4. Оценка микротвердости тонких пленок с учетом
их толщины и твердости подложки
3.5. Исследуемые образцы
ГЛАВА 4. ИМПЛАНТАЦИЯ ИОНОВ ИНЕРТНЫХ ГАЗОВ
4.1. Влияние имплантации ионов Аг+ на состав и структуру
поверхностных слоев в зависимости от дозы имплантации

4.2. Влияние имплантация ионов Аг+ на состав и структуру поверхностных слоев в зависимости от плотности потока ионов
4.3. Влияние имплантации ионов Не+ на состояние
поверхностных слоев
Выводы к главе
ГЛАВА 5. ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ ОБЛУЧЕНИЯ И МАССЫ ИОНОВ МЕТАЛЛОИДОВ НА ФОРМИРОВАНИЕ АТОМНОГО СТРОЕНИЯ ИОННО - ИМПЛАНТИРОВАННЫХ СЛОЕВ СИСТЕМЫ Бе-Сг
5.1. Имплантация ионов фосфора
5.1.1. Влияние дозы имплантации на состав и структуру поверхностных слоев
5.1.2. Влияние плотности потока ионов на состав и
структуру поверхностных слоев
5.2. Имплантация ионов бора
5.2.1. Влияние дозы на состав и структуру
поверхностных слоев
5.2.2. Влияние плотности потока ионов на состав и
структуру поверхностных слоев
Выводы к главе
ГЛАВА 6. ЧИСЛЕННЫЕ РАСЧЕТЫ, ПОЛУЧЕННЫЕ С ПОМОЩЬЮ
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ
Выводы к главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
Приложение
ВВЕДЕНИЕ
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ исследования определяется необходимостью определения величины кинетических коэффициентов, а также выявления роли параметров имплантации и типа ионов в формировании состава и структуры поверхностных слоев при взаимодействии ионов с металлами. Новым направлением физики твердого тела является исследование фазовых переходов при неравновесных состояниях металлов, стимулированных мощной накачкой энергии при ионном облучении. В результате процесса ионного внедрения в поверхностном слое может быть получена концентрация атомов вводимой примеси, выше предела растворимйсти, а за счет упругих соударений с атомами решетки - образование радиационных дефектов, количество которых на 2-3 порядка превосходит число имплантированных атомов. Оба этих процесса оказывают заметное влияние на свойства поверхностного слоя и в целом материала при создании новых материалов с необычными характеристиками. При этом, радиационно-стимулированная сегрегация и радиационно-ускоренная диффузия примеси являются процессами, во многом определяющими состав и структуру ионно-имплантированного слоя. Модели, описывающие концентрационное перераспределение компонентов матрицы и имплантируемой примеси, в большинстве создаются под конкретные условия облучения и включают в себя один или несколько процессов, происходящих при ионном облучении, например, таких, как распыление, каналирование, поверхностная сегрегация, каскадное перемешивание и т. д. Таким образом, возрастающий научный интерес к подобного рода задачам определил значительные успехи в понимании и описании различных механизмов и кинетики поверхностной сегрегации и диффузии в двух- и трехкомпонентных системах.
Таким образом, способов расчета для определения коэффициентов диффузии компонентов системы «ион-мишень» при ионной имплантации оказывается недостаточно. Практически отсутствуют систематические исследования, выявляющие закономерности влияния типа ионов, параметров облучения на формирование химического состава и атомной структуры мишени. Установление

напряжений. Движение границы образца, вызванное распылением поверхности (а
при больших дозах и при имплантации достаточно тяжелыми ионами этот эффект
может привести к ощутимому изменению имплантационного профиля), можно
принять пропорциональным распылению поверхности. Величину скорости
распыления, в первом приближении, можно определить по формуле (3)
П.Зигмунда, приведенной в п. 1.2.1.
Полный поток как атомов 1-го, так и атомов 2-го сорта описывается
уравнениями диффузионного потока и складывается из потока свободной примеси
и потока примесей, связанной в комплексы:
ЭИ, 31%
11=-(11—1-т1—+ % (7)
Эх Эх
, э% эг%
*2 =-<12 1Г“т2-Г- (8)
Эх - Эх
где: первое слагаемое - диффузионная часть потока, а второе -дрейфовая; <ф,2 и тЬ2 - коэффициенты диффузии и дрейфа компонент N1 и N2, соответственно; 1К -поток вызван генерацией примеси N1 в процессе имплантации; 1% - концентрация атомов N1 и N2 образовавших комплексы.
Переходя к скорости изменения концентрации имплантируемой примеси:
эы, т л з2м, э21% эмд
—1 = =<1
31 1 1 Эх2 1 Эх2
где: Я - скорость увеличения концентрации компоненты N1 за счет имплантации. Предполагается, что начальное распределение по глубине подчинено закону Г аусса:
<Ш01 =А-е~[(х-Ер)/2ЛКр12 (10)
Подобное предположение выводится из сравнения с распределением Пирсона IV типа при используемых параметрах имплантации [14] (рис.4). Видно, что распределение Пирсона IV, учитывающее распыление поверхности, незначительно отличается от классического гауссова распределения. Поэтому в целях упрощения расчетов было выбрано распределение по Гауссу.
Доза облучения связана с N01 соотношением: