Модификация приповерхностных слоев Si, GaN и α-C:H облучением ионами PFn средних энергий

• Автор: Карабешкин, Константин Валерьевич
• Шифр специальности: 01.04.04, 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 131 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
§ 1Л Общие представления о взаимодействии ускоренных ионов с твердым
телом
§ 1.2 Процессы первичного и вторичного дефектообразования
§ 1.3 Накопление структурных нарушений в кремнии и нитриде галлия под
действием ионного облучения
§ 1.3.1 Облучение тяжелыми ионами
§ 1.3.2 Облучение легкими ионами
§ 1.3.3 Облучение молекулярными/кластерными ионами. Молекулярный
эффект
§ 1.4 Изменение поверхностной структуры при ионной имплантации
§ 1.5 Влияние ионного облучения на внутренние механические напряжения
материалов
§ 1.5.1 Алмазоподобный углерод
§ 1.6 Основные выводы
ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
§ 2.1 Ионное облучение
§ 2.1.1 Условия проведения ионного облучения
§ 2.2 Метод спектрометрии резерфордовского обратного рассеяния
§ 2.2.1 Условия проведения эксперимента
§ 2.2.2 Калибровка масштаба по глубине
§ 2.3 Атомно-силовая микроскопия
§ 2.3.1 Условия проведения эксперимента
§ 2.4 Измерение внутренних механических напряжений в тонких DLC пленках
ГЛАВА 3. МОЛЕКУЛЯРНЫЙ ЭФФЕКТ В КРЕМНИИ ПРИ ОБЛУЧЕНИИ
ИОНАМИ Р+ и PF4+ РАЗЛИЧНЫХ ЭНЕРГИЙ
§ 3.1 Экспериментальные результаты
§ 3.2 Молекулярный эффект. Возможные механизмы явления
§ 3.2.1 Расчет эффективности молекулярного эффекта, обусловленного
пороговой аморфизацией
§ 3.2.2 Нарастание поверхностных аморфных слоев и процессы нелинейной
генерации первичных дефектов
§ 3.3 Основные результаты и выводы
ГЛАВА 4. РАЗВИТИЕ ТОПОГРАФИИ И СДВИГ ПОВЕРХНОСТИ НИТРИДА ГАЛЛИЯ, ОБЛУЧАЕМОГО АТОМАРНЫМИ И МОЛЕКУЛЯРНЫМИ ИОНАМИ
§ 4.1 Экспериментальные результаты
§ 4.1.1 Шероховатость поверхности
§ 4.1.2 Изменение толщины облученных слоев
§ 4.2 Обсуждение результатов
§ 4.3 Основные результаты и выводы
ГЛАВА 5. ВЛИЯНИЕ ИОННОГО ОБЛУЧЕНИЯ НА СВОЙСТВА ТОНКИХ
АЛМАЗОПОДОБНЫХ ПЛЕНОК
§5.1 Экспериментальные результаты
§5.1.1 Изменение ВМН
§ 5.1.2 Влияние плотности каскадов смещений
§ 5.2 Обсуждение результатов
§ 5.3 Основные результаты и выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ОСНОВНЫЕ АББРЕВИАТУРЫ И СОКРАЩЕНИЯ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы и степень ее разработанности
В последние десятилетия ионная имплантация является неотъемлемой частью практически любого микроэлектронного производства. Столь широкое распространение эта технология получила благодаря своим преимуществам по сравнению с другими способами введения легирующей примеси [1,2].
Хорошо известно, что бомбардировка ускоренными ионами неизбежно ведет к образованию радиационных дефектов. Для большинства практических применений этот эффект является существенным недостатком. Однако, в ряде случаев оказывается необходимо модифицировать свойства твердого тела контролируемым введением радиационных дефектов.
Процессы дефектообразования в различных материалах при ионном внедрении интенсивно исследуются в течение многих лет. Наиболее детально механизмы дефектообразования изучены в кремнии при облучении атомарными ионами. Однако, в последнее время все больший интерес проявляется к внедрению молекулярных и кластерных ионов. Подобные ионы удобны для создания сверхмелких р-и-переходов, модификации и анализа приповерхностных слоев [2-4], поэтому исследования радиационного повреждения при имплантации молекулярных/кластерных ионов весьма актуальны.
При внедрении молекулярных/кластерных ионов наблюдается так называемый молекулярный эффект (МЭ), суть которого состоит в том, что эффективность ряда явлений в расчете на один упавший ион может существенно отличаться при облучении в эквивалентных условиях атомарными и молекулярными ионами [5]. МЭ может возникать, в частности, и в накоплении структурных нарушений. Это связано с тем, что при внедрении молекулярных ионов плотность каскадов столкновений повышается вследствие перекрытия каскадов, создаваемых компонентами молекулы. Действительно, плотность каскадов столкновений является одним из основных

где пАтЫ - относительная концентрация дефектов, созданная при облучении молекулярными ионами, а п"‘ - аналогичная величина при атомарном облучении.
Зависимость эффективности МЭ от энергии ионов на сегодняшний день изучена очень слабо. Во всех упоминавшихся работах МЭ рассматривался лишь для отдельных условий имплантации. Нам известна только одна работа, где изучалась эффективность МЭ в кремнии при облучении ионами Р+ и Р2+ при комнатной температуре при различных энергиях ионов [79]. Однако, авторы работы [79] рассматривали не эффективность МЭ в форме (1.7), а отношение количества смещенных атомов при имплантации молекулярных ионов Р2+ и к удвоенному
количеству смещенных атомов при имплантации атомарных ионов Р+. Эта
зависимость имеет максимум и спадает при увеличении и уменьшении энергии. Для
объяснения подобного поведения авторы прибегают к концепции нелинейных энергетических пиков, что не совсем корректно при внедрении ионов сравнительно небольших масс.
§ 1.4 Изменение поверхностной структуры при ионной имплантации.
Изменение кристаллической структуры приповерхностных слоев полупроводников и распыление при ионной бомбардировке может приводить к изменению топографии поверхности, а в некоторых случаях и к свеллингу
(распуханию) модифицированного слоя.
В случае облучения кремния некоторый свеллинг наблюдается лишь при дозах превышающих пороговую дозу аморфизации [8,80,81]. Так величина распухания при имплантации ионов Б Г с энергией 80 кэВ дозой 6-1015 см'2 не превышает 10 нм [8]. Свеллинг кремния обычно связывают с диффузией и выходом междоузельных атомов на поверхность [82] и образованием вакансионных пор в приповерхностной области [11].