ЗАТҚА ЖЕДЕЛДЕТІЛГЕН ИОНДАРДЫ ИМПЛАНТАЦИЯЛАУ

АННОТАЦИЯ

Иондаушы сәулеленудің әсерінен, оның ішінде зарядталған ағындардың әсерінен материалдардың құрылымы мен қасиеттерінің қайтымсыз өзгерістерін табиғи радиоактивтілік құбылысын зерттеу кезінде алғаш рет табылған бөлшектер дәлелдейді. Қазіргі уақытта радиациялық әсердің жағымсыз көріністері, мысалы, радиациялық ісіну, материалдардың тез қозғалуы, қарқынды сәулелену жағдайында электрондық схемалардың зақымдануы және істен шығуы, сондай –ақ оң әсерлер-сәулелену түрін, қуатын және дозасын арнайы таңдау кезінде материалдардың бірқатар қасиеттері егжей-тегжейлі зерттелген. Біз жеделдетілген иондарды имплантациялаудың негізгі принциптері мен технологияларын, сондай-ақ оның әлеуетті қолданылуы мен даму перспективаларын сонымен қатар, иондық имплантация механизмі туралы түсінік ион жүгіріс аймағындағы және оның айналасындағы физикалық процестерді, кристалдардық құрылымдық ақаулары мен қасиеттерін қарастырамыз.

Кілт сөздер: иондық имплантация, радиоактивтілік, доза, жүгірістер, тежелу, иондық бүрку, радиация, диффузия, дислокация, иондық бомбалау.

1.Иондарды имплантациялаудың негізгі принциптері мен технологиялары, қолданылуы мен даму перспективалары.

Затқа жеделдетілген иондарды имплантациялау- бұл оның қасиеттерін өзгерту мақсатында материалға жоғары энергиялы иондарды енгізу процесі. Бұл әдіс жартылай өткізгіш өнеркәсібі, медицина және материалтану сияқты әртүрлі салаларда кеңінен қолданылады.

Жеделдетілген иондарды имплантациялаудың негізгі принциптері мен технологиялары бөлшектердің үдеткіші арқылы иондарды жоғары энергияға дейін жеделдетуді, иондық сәулені материалдың бетіне бағыттауды, иондардың материалға ену тереңдігін бақылауды және имплантациядан кейінгі материал құрылымындағы өзгерістерді бақылауды және талдауды қамтиды. Жеделдетілген иондарды имплантациялау теориясы жеделдетілген иондар мен олар енгізілген материал арасындағы өзара әрекеттесуді зерттеуді қамтиды. Бұл процесс иондардың энергиясы мен массасы, иондық сәуленің түсу бұрышы, иондардың материалға ену тереңдігі және имплантацияның материалдың құрылымы мен қасиеттеріне әсері сияқты аспектілерді қамтиды. Жеделдетілген иондарды имплантациялау теориясын зерттеу процестің механизмдерін түсінуге және оны нақты қолдану үшін оңтайландыруға көмектеседі.

Имплантация кезінде жеделдетілген иондар олар енгізілген материалмен әрекеттесіп, әртүрлі физикалық және химиялық өзгерістерді тудырады. Имплантация процесінде иондар материалға белгілі бір тереңдікке еніп, материал атомдарымен әрекеттесіп, оның құрылымында ақаулар тудырады. Бұл ақаулар материалдың механикалық, электрлік немесе оптикалық қасиеттерінің өзгеруіне әкелуі мүмкін. Өзара әрекеттесудің маңызды аспектілері-иондардың энергиясы мен массасы, иондық сәуленің түсу бұрышы және материалдың сипаттамалары. Осы өзара әрекеттесулерді зерттеу нақты мақсаттар мен қосымшалар үшін имплантация процесін оңтайландыруға көмектеседі.

2 . Иондық имплантация механизмі туралы түсінік ион жүгіріс аймағындағы және оның айналасындағы физикалық процестер

Иондардың тежелуі. Қатты денелерде жеделдетілген иондардың тежелуі кезінде бірнеше энергия шашырау арналары бар және сәйкесінше бірнеше тәуелсіз тежеу механизмдері. Олардың негізгілері келесідей:

1. Тежегіш заттың байланысқан электрондарымен серпімді емес соққылар. Мұндай соққылардағы энергияның жоғалуы қозуға байланысты және атомдарды немесе молекулаларды иондау арқылы.

2. Ядросы бар серпімді емес соққылар. Олар тежегіш рентген сәулелерін, ядролардың қозуын және/немесе ядролық реакцияларды тудырады.

3. Әлсіз байланысқан электрондары бар серпімді соққылар.

4. Ядролармен (атомдармен) серпімді соққылар. Бұл жағдайда кинетикалық энергияның бір бөлігі мақсатты атомдарға беріледі.

5. Черенков сәулеленуі (Вавилов-Черенков әсері).Иондық имплантацияда қолданылатын иондық энергия диапазоны үшін 2, 3 және 5 әсерлерінен туындаған шығындар 1 және 4 әсерлерінен туындаған шығындармен салыстырғанда мүлдем жоқ немесе елеусіз аз.

Радиациялық ақаулардың пайда болуы. Иондардың мақсатты ядролармен (атомдармен) серпімді соқтығысу процесі энергияға және имплантацияланған иондардың массалары, сондай-ақ мақсатты атомдардың массалары қатты күйдегі тұрақты позицияларынан көп немесе аз атомдарды шығару. Периодтық кристалдарда мұндай тұрақты позициялар кристалдық тордың түйіндеріндегі атомдардың позициялары болып табылады. Өз орындарынан жылжыған  атомдар, егер оларда жеткілікті энергия болса, өз кезегінде басқа атомдарды ығыстыра алады, яғни атомдық ығысу каскадын тудырады. Бұл траекториялардың жанында бос иондар мен интерстициалды атомдардың (Френкель жұптары) және күрделі тор – кластер ақауларының жиналуына әкеледі.

Қатты денелердегі радиациялық ақаулардың таралуы жалпы жағдайда иондардың таралуымен сәйкес келмейді, өйткені бомбалаушы ион нысанаға оның энергиясының мақсатты атомдарға максималды берілуі байқалатын аймақтан тереңірек өтеді. Сондықтан радиациялық ақаулардың максимумы енгізілген иондардың таралу максимумына қарағанда бетіне жақын орналасады деп күту керек.

Иондық бүрку. Иондық имплантация процесінде нысананың беткі қабатын бомбалаушы иондармен бүрку жүреді. Бұл әсерді әсіресе жоғары діріл кезінде ескеру қажет. Беттік қабат атомдарының бүркуінің екі негізгі механизмін ескеру қажет: 1) мақсатты атомдарға айтарлықтай кинетикалық энергияның соқтығысуы арқылы пайда болатын кинетикалық (дана) бүрку (бұл атомдардың траекториясы нәтижесінде олар қатты денеден шығуы мүмкін) және 2) термиялық бүрку, бұл термиялық шыңдар аймағынан атомдардың булануына байланысты, бетіне жақын жерде пайда болады.

Радиациялық күшейтілген (radiation-enhanced) диффузия. Радиациялық жеделдетілген және радиациялық ынталандырылған диффузия терминдері де қолданылады. Бұл процесс термиялық ынталандырылғаннан айырмашылығы радиацияның болуына байланысты дамитын диффузия деп түсіндіріледі. Диффузияның жоғарылауының немесе жеделдеуінің себебі-ақаулардың көбеюі, идеалды жағдайда- бос орындар, олардың болуы диффузия коэффициентін едәуір арттырады, өйткені қоспалар мен заттың меншікті атомдары негізінен бос орындарға таралады. Радиациялық күшейтілген диффузияны тікелей иондық бомбалау кезінде де байқауға болады.

3. Кристалдардың құрылымдық ақаулары мен қасиеттері туралы.Қазіргі уақытта нақты кристалдардың беріктігі мен икемділігі туралы жеткілікті терең және егжей-тегжейлі теория бар. Бұл теорияның тұжырымдарына сәйкес, экспериментпен толық расталған, бұл қасиеттер бір жағынан, кристалдық тордың түрі және атомдар арасындағы химиялық байланыстың сипаты анықталады, екінші жағынан, кем емес дәрежеде кристалдың болуы және ақаулардың әртүрлі түрлері, осы ақаулардың саны олардың кеңістікте таралуы және өзара әрекеттесуі.

Кристалдардағы нүктелік (нөлдік) және кеңейтілген (бір өлшемді, екі өлшемді және үш өлшемді) ақаулар бар. Нүктелік немесе нөлге бос орындар (тор түйінінде атомның болмауы) және интерстициалды атомдар жатады. Атом тор түйінінен түйін аралық ауысқан кезде жоғарыда аталған Френкель жұбы (бос орын және интерод атомы) пайда болады.

Нақты кристалдардағы нөлдік немесе нүктелік ақаулардан басқа, әрдайым кеңейтілген ақаулар болады, олардың ішіндегі ең маңыздысы-дислокация. Дислокация (лат. dislocatio-орын ауыстыру) - кристалдардың бойында және жанында сызықтар болып табылатын кристалдардың ақаулары, олардың кристалдарға тән жазықтықтардың дұрыс орналасуы бұзылған. Дислокацияның қарапайым түрі-бұл қосымша жартылай жазықтық болып табылатын шеткі дислокация, яғни.кристалдың ішінде үзілген жазықтық.

Кристалдарда көптеген нүктелік ақаулар мен дислокациялар болған кезде, соңғысының қозғалысы, атап айтқанда, өздерінің кернеу өрістерінің өзара әрекеттесуіне және жеке дислокациялардың қиылысына байланысты қиындайды. Нәтижесінде материалдардың икемділігі төмендейді. Осыған байланысты іс жүзінде ақаусыз кристалдар, сондай-ақ ақаулары өте жоғары кристалдар максималды беріктік қасиеттеріне ие [5].

4. Иондық имплантацияның жетістіктері.

Ионды имплантациялау әдісінің барлық қосымшаларына толық шолу жасауды мақсат етпейді, бұл қазіргі уақытта мүмкін емес. Біз иондық имплантацияның түбегейлі жаңа мүмкіндіктерін және оның дәстүрлі әдістерге қарағанда кейбір артықшылықтарын бірнеше типтік мысалдармен ғана көрсетуге тырысамыз.

Сонымен, жеделдетілген иондармен сәулелену нәтижесінде пайда болады заттың жұқа беткі қабатындағы радиациялық ақаулардың көп мөлшері иондарды енгізу (иондық легирлеу) арқылы да, нысандардың құрамына кіретін химиялық элементтердің концентрациясын өзгерту арқылы да (егер олар екі немесе одан да көп компоненттерден тұрса) осы қабаттың химиялық құрамының өзгеруіне әкеледі. Соңғысы, атап өткендей, беттік қабаттың бомбалаушы иондармен селективті бүркуіне және таңдамалы радиациялық күшейтілген диффузияға байланысты. Сонымен қатар, радиациялық ақаулардың пайда болуы және химиялық құрамның өзгеруі жаңа кристалдық фазалардың пайда болуы, аморфты қабаттардың, микропоралардың пайда болуы және т. б. сияқты қайталама процестердің жүруін ынталандырады.

Қорытынды: Иондық имплантацияны жоғары технологиялар санатына жатқызуға болатыны сөзсіз. Шынында да, кейбір заманауи технологиялық әдістер (және жекелеген процестер), егер ежелгі дәуірде болмаса, онда кез-келген жағдайда, орта ғасырларда, осы жабдық үшін қажетті сызбалар мен белгілі бір табиғи заттарды тұтыну негізінде оны қолдануға арналған рецепттер болған кезде қолданылуы мүмкін.

Әдебиеттер тізімі:

1. Электронно-оптическое наблюдение инициирования и развития импульсного пробоя короткого вакуумного промежутка. / Бугаев С.П., Искольдский А.М., Месяц Г.А., Проскуровский Д.И.// Журн. Техн. Физики. 1967. т. 37, N 12. 2206-2208.
2. Гусева М.И. Ионная имплантация в неполупроводниковые материалы. //Итоги науки и техники. Сер. Физические основы лазерной и пучковой технологии. - М.: ВИНИТИ. 1989. т. 5. 5-54.
3. Источники заряженных частиц с плазменным эмиттером. /Под ред. 27 Щанина П.М., Екатеринбург: Наука, 1993.
4. Аброян И.А. Физические основы внедрения и изменения свойств поверхности. //Изв.АН.Сер. Физическая. 1996, т.60, #7, 62-81.
5. Мартыненко Ю.В. Эффекты дальнодействия при ионной имплантации. //Итоги науки и техники. Сер. Пучки зар. частиц и тв. тела. - М.: ВИНИТИ. 1993. т.7. 82-109.