高剂量注入中离子溅射的影响

在离子注入材料改性的研究过程中(金属、绝缘材料和光学材料等),在许多场合下,要求注入的元素(如Fe中注入N、Y、Ph和Sn等)在靶子中占百分之几的含量,这就要求注入剂量高达10~(17)/cm~2到10~(12)/cm~2。由于离子注入的溅射效应在低能和大剂量注入中是相当明显的,因此,对这些元素高剂量注入后的杂质分布、溅射系数、溅射厚度和靶子中杂质的收集量做一分析是十分重要的。     

同轴型HpGe探测器离子注入工艺仿真

为了进一步优化同轴型高纯锗探测器离子注入工艺参数,利用Silvaco半导体仿真软件和SRIM离子注入仿真软件对离子注入过程进行模拟,研究不同注入角度、能量、剂量对注入的均匀性、深度、杂质浓度分布及损伤的影响,并根据模拟结果选择合适的工艺参数,为HpGe探测器的制备提供一定的指导。此外,研究了离子注入后退火的温度及时间对晶格损伤恢复和杂质激活的影响情况。     

O、C离子注入n型GaN的黄光发射研究

采用光致发光(Photoluminescencc,PL)谱的测量,研究了1012～1017cm-2的O和C两种离子注入和退火对非有意掺杂的n型GaN黄光发射(Yellow luminescence,YL)的影响,注入后的样品在流动N2的保护下进行退火,退火温度950℃,退火时间30 min.对比相同剂量下N离子注入GaN黄光发射,结果表明O、C两种离子的注入在GaN中分别引入了与黄光发射相关的不同的深能级中心,当C离子注入剂量高达1017cm-2时,能引起黄光发射的C相关的深能级中心显著增多.     

高能氧离子注入LN晶体光波导的色心形成

采用高能氧离子注入同成分铌酸锂(LN)晶体中制备离子注入光波导,对制备的光波导进行(200°C–500°C)不同温度的退火处理。采用常规光谱法对退火后的光波导进行光吸收谱研究。研究发现,氧离子注入后会使LN晶体中的锂离子发生缺失,进一步偏离化学剂量比;随氧离子注入剂量的增加,锂离子缺失的现象会加重。研究还发现离子注入后样品的吸收强度增加,注入剂量增大,其光吸收强度也提高,说明经离子注入后产生的色心点缺陷数目随注入剂量而增加。研究表明,主要的吸收色心缺陷有氧空位、激化子、间隙原子缺陷及反位Nb离子捕获电子等缺陷,由于这些色心缺陷的共同作用,导致了氧离子注入LN晶体的光吸收强度的加强。在实验的退火温度范围内,这些色心缺陷消除程度不显著,在LN晶体采用氧离子注入形成的光波导具有优良的温度稳定性。     

大剂量P^＋离子注入单晶硅的研究

采用４８０ｋｅＶ Ｐ＾＋离子注入单晶硅，注入剂量为１×１０＾１６ｃｍ＾－２。采用ＲＢＳ、ＴＥＭ技术测试样品，发现样品经６００℃退火后，距样品表面约２４０ｎｍ处有一条低密度缺陷带。研究表明，这一现象与Ｐ＾＋的剂量及退火温度有关。     

钼离子注入对锆-4合金耐腐蚀性的影响

观察钼离子注入对锆-4合金在硫酸水溶液中耐腐蚀性的影响。使用MEVVA(Metalvaporvacuumarc)源对锆-4合金表面注入1×1016—1×1017cm-2剂量的钼离子,用X射线光电子能谱(XPS)分析其表面元素价态;用三次极化扫描评价其在1mol·L–1硫酸水溶液中的耐腐蚀性;并对三次极化后的样品进行扫描电镜(SEM)观察。实验表明,当钼离子注入剂量小于5×1016cm-2时,注入样品的耐腐蚀性显著增强。当钼离子注入剂量为1×1017cm-2时,注入样品的耐腐蚀性反而比未注入时差。讨论了钼离子注入锆-4合金后耐腐蚀性改变的原因。     

1.55 MeV 3He离子辐照单晶Si引起的损伤效应研究

室温下使用1.55 MeV、5×1013-5×1016/cm2注量的3He离子注入单晶Si,采用透射电子显微镜(TEM)观测分析了高温退火后单晶Si中由注入引起的损伤形貌,同时使用核反应分析(NRA)技术研究了3He气体原子的热解吸.结果显示,低注量3He离子注入在Si中产生的缺陷主要为一些小尺寸的位错或位错环;在中等照射剂量,退火导致了气泡和气泡团簇的形成并伴随着高密度的位错环从这些气泡团簇中发射出来;而对于较高的照射剂量,3He离子注入加上随后的高温退火则在离子射程附近产生了一个具有确定边界的空腔带.结合NRA结果对实验现象进行了分析.     

高剂量铂和钇离子注入Al2O3单晶的表面改性

研究了〈０００１〉和〈１２↑－１０〉晶向α－Ａｌ２Ｏ３单晶在高剂量的Ｙ、Ｐｔ离子注入后产生的损伤,注入层的性能变化和退火行为。实验结果表明,在室温,１７１ｋｅＶ、１×１０＾１７／ｃｍ＾２Ｙ离子注入的〈１２↑－１０〉α－Ａｌ２Ｏ３单晶的表面层约有１３９ｎｍ厚被无定形化。而１５８ｋｅＶ、９×１０＾１７／ｃｍ＾２Ｐｔ离子注入的〈０００１〉α－Ａｌ２Ｏ３单晶的表面层不产生无定形,且实际离子注入进衬底的剂量     

镍增进无定形硅低温固相外延生长

离子注入形成的无定形硅在可形成硅化物杂质镍作用下，促使无定形层硅在低温时发生了固相外延生长。注入杂质镍浓度为１×１０＾１２－２．５×１０＾１７Ｎｉ／ｃｍ＾２，卢瑟福背散射和沟道测量表明，６个量级剂量注入并经４３０℃退火后的样品都发生了不同程度的固相外延生长，且比通常固相外延生长约加快了二个数量级，其外延生长速度与镍浓度相关。     

离子注入Cr、Y、Nb对γ-TiAl金属间化合物高温氧化性能的影响

采用MEVVA离子源将Cr、Y、Nb离子分别注入γ -TiAl金属间化合物 ,注入能量 50—6 0keV ,注入剂量为 1× 10 17cm- 2 ,研究γ -TiAl在 10 0 0℃空气中的循环氧化行为。结果表明 ,Cr离子和Y离子注入对γ -TiAl的高温氧化性能均没有明显影响 ;Nb离子注入γ -TiAl,在氧化初期 ,抗氧化性能得到显著提高 ,但随着氧化过程的继续 (超过 10 0h) ,这种改善作用逐渐降低。实验发现 ,通过离子注入和基体合金化向γ -TiAl中加入相同元素 ,由于工艺过程的差异 ,对其高温氧化性能的影响不同。在长时间高温氧化 (10 0 0℃ )条件下 ,离子注入表面改性无法达到提高γ -TiAl抗氧化性能的目的     

用背散射方法分析硅中注入砷的深度分布

用离子注入方法能快速地将一种杂质元素射入到半导体材料中,而杂质元素在材料中的浓度随深度的分布直接影响了材料的性能,因此准确测定它们是十分必要的。我们用背散射分析法分析了注入砷的硅样品。 1.实验方法和数据处理 样品是电阻率为7～15Ω·cm、〈111〉晶向的p型单晶硅。为避免沟道,约倾斜7°注入,经严格清洗后在氮气保护下,在不同退火条件下恒温退火。背散射实验工作是在原子能所静电加速器上进行的,选用     

用5—20keV As~+、BF_2~+注入与快速热退火制作超浅结的研究

利用能量为5—20keV、剂量为5×10~(14)—5×10~(15)cm~(-2)的BF~+_2和As~+注入硅中,以快速热退火激活杂质并控制杂质的扩散再分布,可以得到结深～100nm、薄层电阻～60Ω/口的突变p~+-n和n~+-P超浅结。     

常温氦离子注入纳米钛膜的微结构分析

在常温下,用200、100 keV He离子按He-Ti原子浓度比0.1、0.3和0.2的剂量注入纳米钛膜,采用现代表面分析技术对试样进行形貌观察与微观分析.测试分析结果表明注入前,沉积膜的原子力显微镜(AFM)形貌像呈现从几十至200 nm以上极不均匀的晶粒尺度;注入后,3个试样的晶粒均有所长大,且随着注入剂量的增加,其长大趋势更为明显.这些长大的晶粒中同时存在大量的亚结构,表明在高剂量氦离子注入下,导致出现表层晶粒细化现象;He离子注入后的试样在衍射角15°～40°之间出现可辨的衍射峰,其膜层内的平均晶粒尺寸约136 nm,说明经离子注入后,膜层内纳米粒子的结晶度得到进一步提高,晶粒度比注入前长大.此结果证实了AFM B微米级视场的观察.     

砷注入硅背散射沟道研究

我们对能量从40keV～150keV,剂量从1×10~(15)离子/cm~2～1×10~(16)离子/cm~2砷离子注入〈111〉单晶硅,进行了H~+和He~+背散射沟道测量。样品经600℃、700℃、825℃热退火后,都未能满意地消除损伤,而经红宝石脉冲激光退火之后,能满意地消除损伤。对40keV剂量为1×10~(16)离子/cm~(275)As~+注入的硅样品,分别进行900℃、30分钟热退火和红宝石脉冲激光退火,而后分别测量了〈111〉轴向和〈110〉轴向背散射沟道谱,砷原子的替位率分别为90％和95％以上,同时对两种退火方式的样品,测量了〈111〉轴向的角分布,观察到在热退火情况下,杂质砷原子的角分布有变窄的现象,大约窄0.2°;脉冲激光退火杂质砷原子的角分布与硅原子的角分布重合得相当好。我们又在连续打七个激光脉冲的斑点上测量了表面砷原子浓度的横向分布,其形状近似于高斯分布。     

离子注入碳对铀表面初始氧化行为影响的研究

用俄歇电子能谱(AES)分别对高真空室中铀样品及多能量叠加离子注入碳铀样品与氧气吸附及初始氧化过程进行了研究.结果表明,在高真空室中,清洁铀表面很容易吸附氧化,发生氧化反应,当O2暴露剂量为40 L时,清洁铀表面就会形成一层UO2;离子注入碳后铀表面的抗氧化能力增强.     

快速退火晶格恢复中瞬态增强扩散模型

本文研究了瞬态退火As注入Si的瞬态增强扩散模型。观察了增强扩散与剩余缺陷和晶格恢复之间的关系。用背散射技术测量了As浓度分布,用透射电镜观察了注入层剩余缺陷。发现在1150℃(或1050℃)退火1S晶格结构基本上恢复。在1—12s期间,缺陷密度随退火时间的增加而急剧下降。增强扩散系数在1—5s退火期间最大。在退火温度为1150℃时,退火时间在12—20s之间,注入层损伤几乎完全恢复,在此退火期间增强扩散系数比前述退火过程中的低。最后讨论了退火中晶格恢复和增强扩散机理。     

升温离子注入——一种新的表面工程方法

利用等离子体源离子注入(PSII)技术对冷作模具钢材料Cr12MoV 进行不同温度范围氮离子注入模拟和实验的研究,研究温度在离子注入中对材料表面改性的影响机理。首先,利用 Trim程序对氮离子在 Cr12MoV 中注入过程进行模拟计算。然后,在能量、剂量等参数相同条件下,改变脉冲频率,即相对应地改变样品的表面温度对不同样品进行试验对比,分别测试其表面温度为:250 ℃,312 ℃,365 ℃,412 ℃,471 ℃。并在 312 ℃的温度条件,分别做了不同剂量的试验。用 X射线衍射分析 ( XRD )表面结构、晶相变化;用俄歇电子能谱 (AES )分析注入氮的浓度分布;用维氏显微硬度计测定其显微硬度;用针-盘磨损机测试其耐磨性能。结果表明,计算机模拟注入深度比实际测定短,由此说明,升温离子注入比常规方法具有更深的注入层。通过对 Cr12MoV 材料 PSII 表面温度效应明显提高试样的表面显微硬度及耐磨性能,根据实验结果得出了该种材料的等离子体源离子注入的最佳工艺参数。     

40 keV He离子注入单晶Si引起的损伤效应研究

室温下使用40 keV He离子注入单晶Si样品到剂量5×1016 cm-2,分别采用透射电子显微镜(TEM)、热解吸谱仪(THDS)、光致发光谱仪(PL)详细地研究了随后热处理过程中He注入空腔的形成、He气体原子的热释放以及注入损伤引起的光致发光特性.结果表明,He离子注入及随后的高温热处理会在单晶Si中产生宽度约为220 nm的空腔带,同时伴随着He气体原子从注入产生的缺陷中释放出来.He气体原子的热释放可以明显地分为两个温度阶段,分别对应于He原子从小的空位型缺陷和大的空腔中的热释放.此外,He离子的注入还会在单晶Si中产生明显发光中心,导致了波长约为680 nm和930 nm的两个光致发光带.该光致发光带的出现可能跟He离子注入及退火过程中产生的纳米Si团簇有关.     

~(57)Fe注入铜的穆斯堡尔效应研究(Ⅱ)——注入特性和铁磁相变化

我们曾报道了在同一剂量下的~(57)Fe离子注入铜随退火温度变化的特性,观察到注入铁离子所处的三种不同位:固溶态的孤立铁原子、具有二个或更多铁原子结合在一起的固溶态原子组团(Cluster)和γ-Fe夹杂相;经一定温度退火后,固溶态的铁原子和γ-Ee分别通过凝聚和相变转变成具有体心立方结构的α-Fe;在600℃退火后α-Fe全部消失转变成固溶态铁。本文着重报道不同的~(57)Fe注入剂量对铁原子不同位的强度和它们的超精细参数的影响以及它们随不同退火温度的变化关系。     

N~+和Bi~+离子注入InP反冲原子P和In深度分布偏离的研究

本文给出了用背散射和沟道技术所分析的N~+和Bi~+注入InP中In和P原子位移的面密度分布。发现移位原子In和P面密度分布峰的深度随注入剂量的增大而加深。在相同的剂量下磷原子分布峰与表面的距离比In原子峰的大。从移位原子面密度分布峰的移动和分布的展宽与注入剂量的关系出发,研究了离子注入过程中所存在的反冲效应。并讨论了移位原子的反冲机理。