А. Г. ГНЕДОВЕЦ1, В. Ю. ФОМИНСКИЙ, В. Е. КОШМАНОВ
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
1Институт металлургии и материаловедения им. РАН, Москва
2D-МОДЕЛЬ ИМПУЛЬСНОЙ ИОННОЙ ИМПЛАНТАЦИИ ИЗ ЛАЗЕРНОЙ ПЛАЗМЫ В ИНТЕНСИВНОМ
ВНЕШНЕМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ
Разработана компьютерная модель 2-х мерного разлета импульсной лазерной плазмы, генерируемой наносекундным облучением, во внешнем электрическом поле от высоковольтных импульсов, прикладываемых к облучаемой подложке или лазерной мишени. Модель позволяет проводить расчеты энергетических, дозовых и пространственных характеристик ионных пучков для имплантационной обработки пластин.
Ионная имплантация из импульсной лазерной плазмы представляет собой достаточно эффективный и универсальный метод ионно-лучевой обработки, который находит применение как в технологии поверхностного модифицирования материалов [1], так и при создании функциональных слоев микроэлектронных устройств [2]. Для ускорения ионов из лазерной плазмы к обрабатываемой подложке подключаются высоковольтные импульсы отрицательной полярности. Простота технических приемов в сочетании с практически неограниченными возможностями лазерной ионизации различных материалов обуславливают возрастающий интерес исследователей и технологов к данному методу. Сдерживающим фактором является сложность контроля и прогнозирования основных параметров ионного облучения, так как свойства плазмы и параметры ускоряющего поля претерпевают существенные изменения за времена 1 – 10 мкс.
Разработка одномерной модели [3] позволила выявить основные физические процессы, обуславливающие формирования пучков, и провести расчеты дозовых и энергетических параметров ионного облучения, которые достаточно хорошо согласовались с экспериментальными результатами. Для решения задач по ионно-лучевой обработке пластин большой площади, а также изделий сложной формы необходима модель, учитывающая угловые зависимости разлета ионов при изменении условий лазерного облучения и времени включения ускоряющих импульсов. В работе приведено описание 2-мерной модели и рассмотрены ее возможности.
Рис. 1 и 2 иллюстрируют распределение поля и частиц лазерной плазмы на стадии сформировавшегося потока ионов, бомбардирующих подложку, на которую подается высоковольтный импульс отрицательной полярности.
 |
Рис. 1. Распределение потенциала в межэлектродном пространстве мишень-подложка при импульсной ионной имплантации из лазерной плазмы. Черный цвет соответствует нулевому потенциалу (поле не проникает в ядро плазмы у мишени), белый – максимальному отрицательному потенциалу -40 кВ
 |
Рис. 2. Структура лазерной плазмы при импульсной ионной имплантации. Слева – концентрация электронов, справа – ионов
Работа выполнена при частичной финансовой поддержке ИНТАС ().
Список литературы
1. Fominski V. Yu., Nevolin V. N., Romanov R. I., Smurov I. Ion-assisted deposition of MoSx films from laser-generated plume under pulsed electric field. J. Appl. Phys. 2001. Vol.89. No.2. P.1449–1457.
2. .Qi B., Gillgenbach R. M., Jones M. C. et al. Diagnostic characterization of ablation plasma ion implantation. J. Appl. Phys. 2003. Vol.93. No.11. P.8876–8883.
3. , , Кошманов исследования и моделирование имплантации ионов из импульсной лазерной плазмы в импульсных электрических полях. ЖТФ. 2005. Т.75. Вып.6. С.32–37.
