ВЛИЯНИЕ ИМПЛАНТАЦИИ ИОНОВ ФОСФОРА НА СТРУКТУРНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ В ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЯХ МОНОКРИСТАЛЛА КРЕМНИЯ

Цель работы
Исследование структурных изменений в приповерхностных слоях монокристаллов Si после имплантации ионов фосфора.
Энергия имплантованных ионов - Е=180 кэВ, доза - D=8⋅1014 см-2

Для реализации цели:
Использовано методы рентгеновской топографии и двухкристального спектрометра;
Использовано численные методы решения системы дифференциальных уравнений, описывающие процессы рассеяния рентгеновских лучей в искаженных кристаллах

1
исходная
2
имплантация
Образец кремния схематично
Исходная область
Ионная имплантация:
фосфор (Е=180кеВ, D=8·1014cм-2)

КОСОНЕСИММЕТРИЧНАЯ ДИФРАКЦИИ
В ГЕОМЕТРИИ НА ОТРАЖЕНИЕ
И – источник рентг. излучения
Щ – щель
П – пленка
К – кристалл
Основное условие:
θ<ψ
Схема
эксперимента
Схематическое представление особенный значений азимутального угла поворота ϕ
при повороте кристалла вокруг
вектора дифракции
γ0 < 0 → cosϕ ≥ tgθBctgψ дифракция Лауэ;
γ0≥0 → cosϕ
0≥γ0→0→cosϕ0,h<±tgθBctgψ эффект ПВО
0 ≤ γ0 ≤ γкр дифракція Брэгга
и эффект ПВО

Топография монокристалов Si
а) Lext=2,1мкм
б) Lext=1,05мкм
в) Lext=0,75мкм
Х-лучевые топограмы монокристала Si:
CuKα-излучение,
входящая плоскость (111)
1
1
1
2
2
2
1-исходная область;
2-имплантированаяс
17

Атомно-силовая микроскопия образца Si
б)
а)
Объёмное изображение микрорельефа поверхности образца Si
а) исходная область
б) имплантированая область
18

Схема трехосного рентгеновского дифрактометра
Високоразрешающий трехосный рентгеновский дифрактометр PANalytical X’Pert MRD PRO. используется для измерения кривых дифракционного отражения (КДО). На трехосном дифрактометре фирмы “Philips” находится: на первой оси- германиевый монохроматор из четырехкратным отражением, на второй – исследуемый образец, на третьей кристалл - анализатор .
Рентгеновская трубка
монохроматор
исследуемый образец
детектор

Кривые дифракционного отражения монокристалла Si
-800 -600 -400 -200 0 200 400 600 800 ∆θ
lg(I/I0)
1E-3
0.1
1
2
отражение (111),
CuКa- излучение
1 – исходная область,
2 – имплантированная область

Кривые дифракционного отражения монокристалла Si:
сопоставление теоретической и экспериментальных кривых
-600 -400 -200 0 200 400 600 ∆θ
lg(I/I0)
отражение (333),
CuКα - излучение
1 – экспериментальная кривая,
2 – теоретически рассчитанная кривая.
1
2
0 500 1000 1500 2000 2500 Z, нм
2
1
0
-1
-2
∆d/d *10-3
Профиль деформации в приповерхностных
слоях кристалла, имплантированного ионами фосфора
0 2000 4000 6000 8000 Z,E
6
5
4
3
2
n*10-19
1
Распределение имплантированных ионов фосфора
в кристалле кремния, полученное с помощью
программного пакета SRIM-2003