離子注入設備和方法
最簡單的離子注入機(圖2)應包括一個產生離子的離子源和放置待處理物件的靶室。當前主要有以下幾種類型的注入機:
1. 質量分析注入機,能注入任何元素。它有如下優點:
a. 能產生任何元素的離子。
b. 能產生純的單能離子束,對目的明確的開發研究特別有利。
c. 能很準確地確定處理參數。
d. 靶室壓強低,可限制污染。
e. 離子束能量變化范圍很寬。
缺點是:
a. 束流一般較小。
b. 機器昂貴且復雜,需專門人員操作和維修。
c. 處理復雜形狀時,要求樣品翻轉。
2. 氮注入機,只能產生氣體束流(幾乎只出氮)。主要用于工具的注入。其優點如下:
a.操作維修簡單。
b.束流高。
c.可以制成巨型的機器。
缺點是:
a.束流均勻性一般較差(但通常可滿足工具的處理)。
b.離子束組分的相對分量不穩定,且其能量和劑量也不能確定。
c.因為離子源一般靠近靶室,在處理過程中靶室壓強較高,會使處理表面氧化。
d.處理復雜形狀時要求工件翻轉。
3. 等離子源注入機(PIII)
PIII 裝置(圖3)不是由離子源中產生的離子束射向分離靶室中的工件上,而是離子源環繞著工件。其做法是在靶室中產生等離子體,因此等離子體是環繞著注入工件的。這樣就沒有了直射性的限制。其優點如下:
a.簡單,成本低。勿需產生和控制離子束,只需運行真空系統。
b.不需工件的轉動和掃描。
c.垂直入射注入。
d.高束流覆蓋整個表面,故可忽略強離子束掃描引起的局部受熱問題。
缺點是:
a.任何等離子體的不均勻性將引起不均勻注入。
b.離子能量受限制。
c.存在與靶室中所有離子均會注入,劑量和能量不易確定。
d.電流脈沖的效果尚無大量資料確證。
其它類型注入機
目前還研制出了金屬蒸發真空電弧離子源(MEVVA),它是在注入元素組成的電極表面引燃電弧而產生離子束的,它解決了固體元素直接注入這一難題。
這個領域還在不斷的發展中,必將會有許多新的儀器與設備涌現出來。
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