Вклад первичных и каскадных процессов при ионнолучевом перемешивании

УДК 621.382.002

ВКЛАД ПЕРВИЧНЫХ И КАСКАДНЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ИОННО-ЛУЧЕВОМ ПЕРЕМЕШИВАНИИ

© 2009 г. Д.Е. Серебряков, П.В. Серба, А.Н. Королев

Технологический институт Южного Федерального университета в г. Таганроге

Taganrog Technological Institute of Southern Federal University

Рассматривается взаимопроникновение атомов при облучении гетерогенных структур. Из решения кинетического уравнения был выявлен вклад первичных и каскадных процессов, учет которых позволил объяснить возникновение хвостовых участков в распределении концентрации внедренных атомов отдачи.

Ключевые слова: ионная имплантация; кинетическое уравнение; гетероструктуры; ионно-лучевое перемешивание.

The atomic migration during irradiation of heterogeneous structures is considered. The contribution of the primary and cascade processes is shown from the solution of the transport equation. It allows explain occurrence of tail sites in the recoil depth distribution.

Keywords: ion implantation; transport equation; heterostructures; ion beam mixing.

Процесс ионного облучения двухслойных мишеней сопровождается внедрением атомов отдачи из пленки в подложку и описывается кинетическим уравнением [1]

dN ( x, t) dt

= JL

где N(г, t) - концентрация атомов отдачи на глубине x после облучения ионами в течение времени t, L(x, £) - функция атомного смещения, характеризующая вероятность смещения атома, находящегося на глубине £ в позицию, находящуюся на глубине x . Интегро-дифференциальное уравнение может быть решено с использованием численных методов, приближения однократного взаимодействия, диффузионного приближения и интегрированного приближения Фоккера - Планка [2, 3].

Функция атомного смещения может быть построена с использованием аналитических методов и посредством моделирования процесса методом Монте-Карло [4]. Использование приближенных аналитических методов позволяет построить функцию атомного смещения в гауссовой форме. Однако, как показали более точные расчеты, учитывающие раздельное влияние первичного и каскадного потоков налетающих частиц и Монте-Карло-моделирование, форма функции атомного смещения имеет значение коэффициента эксцесса, близкое к 100. Резко выраженный пик в функции атомного смещения обусловлен действием каскадных процессов, наличие пологого участка связано с действием первичного потока налетающих ионов (рис. 1).

Как показали расчеты, при использовании диффузионного приближения не учитывается вклад далеких смещений в формировании профилей внедренных атомов отдачи [5]. При использовании приближения

однократного взаимодействия учитываются далекие смещения, но не учитывается диффузионные эффекты, связанные с близкими смещениями атомов отдачи [2]. Использование численных методов решения и итерированного приближения Фоккера - Планка позволяет учесть как близкие, так и далекие смещения атомов отдачи и объяснить возникновение хвостовых участков в распределении концентрации внедренных атомов отдачи.

1

10-

10-

10-

10-

10-

-400

-200

0

X, А

200

400

Рис. 1. Функция атомного смещения

Таким образом, наиболее глубокое проникновение атомов отдачи связано с их взаимодействием с первичным потоком налетающих ионов, так как атомы отдачи при столкновении с ионами получают большую энергии, чем при взаимодействии с каскадным потоком. Кроме того, при проникновении атомов

2

3

5

отдачи на большие глубины их вероятность столкновения с налетающим потоком частиц (как первичных ионов, так и каскадных атомов) мала (рис. 2).

N/Nj

10-

10-2 10-3 10

4

1 - "л 1 1

A

\\

V V

\ Ч-.

' \

1 1 i V

50 100 150

о

Глубина, А

200

250

Рис. 2. Распределение концентрации атомов отдачи сурьмы в кремнии после облучения ионами криптона энергией 300 кэВ и дозой 1015 см-2. Сплошная линия - расчет с использованием итерированного приближения Фоккера - Планка, точки - расчет с использованием приближения однократного взаимодействия, штриховая линия - расчет с использованием диффузионного приближения

В окрестности границы раздела двухслойной системы существенный вклад вносит каскадный поток. Во-первых, атомы отдачи имеют большую вероятность взаимодействия с каскадным потоком, и, во-вторых, флюенс каскадного потока превышает флю-енс первичного потока.

Литература

1. Blinov Yu.F., Serba P.V. Thejry of Recoil implantation //Phys. Stat. Sol., 1989.v. A116. № 2. P. 555-560.

2. Блинов Ю.Ф., Серба П.В. Распределение концентрации атомов отдачи по глубине // Поверхность. Физ. Хим. Механика. 1994. № 8-9. С. 116-118.

3. Блинов Ю.Ф., Серба П.В. Ионное перемешивание в процессе роста и распыления слоев. //Изв. вузов. Электроника. 1997. № 3. С. 44-47.

4. Блинов Ю.Ф., Серба П.В. Математическое моделирование процессов ионно-лучевого перемешивания // Микроэлектроника. № 1. 2000. С. 59-63.

5. Блинов Ю.Ф., Серба П.В., Сеченов Д.А. Ионное перемешивание на границе раздела двухслойной мишени // Физика и химия обработки материалов. 1994. № 2. С. 14-18.

0

Поступила в редакцию 9 ноября 2009 г.

Серебряков Дмитрий Евгеньевич - аспирант, кафедра химии и экологии, Технологический институт Южного Федерального университета в г. Таганроге.

Серба Павел Викторович - д-р физ.-мат. наук, профессор, кафедра технологии микро- и наноэлектроники, Технологический институт Южного Федерального университета в г. Таганроге. E-mail serba@tsure.ru

Королев Алексей Николаевич - д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой химии и экологии, Технологический институт Южного Федерального университета в г. Таганроге. Тел.634654999.

Serebryakov Dmitry Evgen'evitch - post-graduate student, department of Chemistry chair, Taganrog Technological Institute of Southern Federal University.

Serba Pavel Victorovich - Doctor of Phisico-Mathematical Scince, professor department of Micro- and Nanoelectron-ics chair, Taganrog Technological Institute of Southern Federal University. E-mail serba@tsure.ru

Korolev Alexey Nikolaevich - octor of Technical Sciences, head of department Chemistry chair, Taganrog Technological Institute of Southern Federal University. Ph. 8634654999.