А. Г. ГНЕДОВЕЦ, В. Ю. ФОМИНСКИЙ, Г. А. КИСЕЛЕВ

Московский инженерно-физический институт (государственный университет)

2D-ДИНАМИКА ИМПУЛЬСНОЙ ЛАЗЕРНОЙ ПЛАЗМЫ

И ИОННОГО ПОТОКА ПРИ

ИОННО-ИМПЛАНТАЦИОННОЙ ОБРАБОТКЕ

Представлены результаты компьютерного моделирования ионно-импланта­цион­ной обработки из импульсной лазерной плазмы дисков небольшого диаметра. Модель позволяет прогнозировать распределение дозы и энергии имплантации по поверхности дисков при варьировании начальных параметров плазмы и времени включения ускоряющих импульсов.

Импульсная ионная имплантация из лазерной плазмы отличается не только универсальностью (по спектру имплантируемых ионов) и технической простотой, но и возможностью обработки подложек различных размеров и формы [1]. При этом эффект «линейного пучка», характерный для ионно-лучевых ускорителей, практически отсутствует. При имплантации ионов в подложки небольших размеров происходит фокусировка ионного потока. Это позволяет существенно повысить эффективность использования лазерно-испаренного вещества и увеличить скорость набора дозы. При этом параметры ионно-имплантационной обработки будут во многом зависеть от начальных свойств плазмы и условий ее разлета в импульсном электрическом поле сложной конфигурации, зависящей как от временной эволюции ускоряющего импульса и формы обрабатываемой подложки, так и динамики самой плазмы.

Моделирование проводилось методом PIC с применением двухмерной цилиндрической геометрии. Подробное описание методики для одно­мерного случая ионной имплантации из импульсной лазерной плазмы

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

t=3,5 мкс

t=2,5 мкс

t=1,5 мкс

t=0,5 мкс

Рис. 1. Иллюстрация фокусировки ионного потока (справа) на подложке диаметром 2 см. Пространственное распределение электронов – слева. Подложка расположена вверху рисунка, мишень – внизу. Время отсчитывалось от момента лазерного воздействия на мишень

приведено в [2]. На рис. 1. представлены результаты моделирования динамики импульсной плазмы с применением топографического изображения распределения концентрации ионов и электронов плазмы. Высоковольтный импульс отрицательной полярности подключался к подложке через 0,5 мкс после лазерного импульса. Максимальное значение напряжения, равное 50 кВ, достигалось примерно через 1 мкс после включения импульса. До включения электрического поля динамика частиц плазмы описывалась максвелловскими

распределениями по скоростям в потоке, движущемся от мишени к подложке со скоростью ~2×106 см/с. Температура ионов ~30 эВ, электронов ~1 эВ, концентрация ионов ~1010 см-3. В течение первой мкс после включения ускоряющего импульса электрическое поле не оказывало существенного влияния на динамику плазмы, которая разлеталась в достаточно большой телесный угол. Однако за это время на фронте плазмы образовалась область положительного пространственного заряда толщиной до 2 см. Ионы из этой области ускоряяются электрическим полем, конфигурация которого определяется размером подложки (2 см) и формой плазменной границы. Скорость границы плазмы в центральной части сгустка оказывается меньше, чем на краях. В результате плазма как бы обтекает подложку, что обуславливает фокусировку ионного потока. Основная доза имплантации набирается за 3-4 мкс после включения ускоряющего электрического импульса.

Работа выполнена при поддержке РФФИ (-офи).

Список литературы

1.  и др. Трибологические свойства алмазоподобных углеродных покрытий, сформированных на стали ионно-ассистированным осаждением из импульсной лазерной плазмы. Упрочняющие технологии и покрытия. 2006. №6. С.34-40.

2.  и др. Экспериментальные исследования и моделирование имплантации ионов из импульсной лазерной плазмы в импульсных электрических полях. ЖТФ. 2005. Т.75. Вып. 6. С.32-37.