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离子注入的阻滞机制

点击量:996 日期:2023-10-07 编辑:硅时代

当离子轰击进入硅衬底后,与晶格原子碰撞将逐渐失去能量,最后停留在硅衬底内。有两种阻滞机制,一种是注入的离子与晶格原子的原子核发生碰撞,经过这种碰撞将引起明显的散射并将能量转移给晶格原子,这种过程称为原子核阻滞,在这种“硬”碰撞过程中,晶格原子可以获得足够的能量而从晶格束缚能中脱离出来,这将引起晶体结构的混乱和损伤。另一种阻滞过程为入射离子与晶格电子产生碰撞,在电子碰撞过程中,入射离子的路径几乎不变,能量转换非常小,而且晶体结构的损伤也可以忽略。这种“软”碰撞称为电子阻滞。总阻滞力,即离子在衬底内移动单位距离时的能量损失,可以表示为:

Stotal=Sn+Se

其中,Sn为原子核阻滞力;Se为电子阻滞力。图1说明了阻滞机制,图2则显示了阻滞力与离子速率的关系。

图1 不同的阻滞示意图

图2 阻滞机理与离子速率的关系

离子注入过程的离子能量范围从极浅结(Ultra-Shallow Junction,USJ)的0.1keV低能量到阱区注入的1MeV高能量,这个能量范围如图2中的I区域所示。从图的最左边可以看出对于低能量与高原子序数的离子注入过程,主要的阻滞机制为原子核阻滞。对于高能量、低原子序数的离子注入,电子阻滞机制比较重要。

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