Уникальные научные установки

Установка ионной имплантации K2MV с системой RBS анализа (УНУ K2MV)

УНУ создана в 2017 году

Адрес
Руководитель работ
  • 👤Лебедев Михаил Евгеньевич
  • 📞 (915) 9832336
  • m.e.lebedev@ya.ru
Сведения о результативности за 2016 год (данные мониторинга)
Участие в мониторинге Число организаций-пользователей, ед. Число публикаций, ед. Загрузка в интересах внешних организаций-пользователей, %
нет000.00
Базовая организация

Ярославский Филиал Федерального государственного бюджетного учреждения науки Физико-технологического института Российской академии наук

Информация об уникальной научной установке (УНУ)

Установка ионной имплантации и RBS - анализа на основе ускорителя K2MV за время своей эксплуатации нашла широкое применение в различных областях фундаментальных и прикладных научных исследований. Большой цикл работ проведен в рамках выполнения исследований по созданию светоизлучающих структур на основе кремния, легированного редкоземельными элементами (РЗЭ). Спектральный максимум линии люминесценции в данных структурах приходится на длину волны 1,54 мкм, которая совпадает с окном прозрачности, что позволяет создать кремниевую оптоэлектронику как альтернативу оптическим приборам на основе соединений типа AIIIBV . В ходе выполнения этой работы проводилась ионная имплантация эрбия (Er), иттербия (Yb), гольмия (Ho), диспрозия (Dy) и кислорода (O) в кремний, который стал основой для изготовления светоизлучающих структур с высоким квантовым выходом люминесценции. Результаты RBS-анализа имплантированных структур позволили показать, что эрбий (Er) в кристаллической решетке кремния преимущественно занимает междоузельное положение, и только 3-5% атомов эрбия (Er) встраивается в узлы решетки. Также было исследовано влияние кислорода на протекание процесса твердофазной эпитаксии при отжиге имплантированных РЗЭ структур. Данные работы проводились при поддержке грантов МНТЦ, ИНТАС и РФФИ совместно с научными коллективами Физико - технического института им. А.Ф.Иоффе РАН (г. Санкт-Петербург), НПО «ОРИОН» (г. Москва).
Технологические и диагностические возможности установки ионной имплантации и RBS-анализа эффективно проявили себя при выполнении работ по синтезу скрытых изолирующих слоев в кремнии, SIMOX, SIPOX, SIBOX, боросиликатных стекол на основе свинца (Pb). Имплантация ионов кислорода О+ и ионов свинца (Pb) проводилась дозами 1018 см-2 и выше.
Ряд работ, проводившихся на установке, относится к области «инженерии дефектов», в которых методами ионной имплантации и термическими обработками создавались слои материала с заданными характеристиками. Результатом проведенной ионной имплантации кремния (Si) и германия (Ge) в кремний были структуры с дислокационной люминесценцией и слои с различной проводимостью.

Главные преимущества, обоснование уникальности установки, в том числе сопоставление УНУ с существующими аналогами

Установка ионной имплантации и RBS-анализа на основе ускорителя K2MV произведена в 1989 фирмой High Voltage Engineering Europa B. V. (HVEE) (Нидерланды), активно эксплуатируется более 25 лет в течение которых использовалась для проведения уникальных технологических работ и аналитических исследований физико-химических характеристик различных материалов и структур. Установка представляет собой комплекс хорошо продуманных и надежно функционирующих блоков и систем. Она состоит из ускорителя K-типа (на генераторе Ван де Граафа), позволяющего получать пучки ионов с энергией до 2 МэВ, устройства квадрупольной фокусировки, магнитного масс-сепаратора и двух ионопроводов. Один из ионопроводов служит для целей ионной имплантации, а второй для анализа структур по методу обратного резерфордовского рассеяния (RBS, Rutherford Backscattering Spectroscopy). Ускоритель расположен внутри стального танка объемом 54 м3 заполненного эле-газом. Использование этого газа при работе с ускоряющем напряжении до 2000 кВ позволяет использовать относительно компактную конструкцию танка. Вся установка располагается в помещении размерами 25×6 метров, что облегчает ее обслуживание и содержание. Защита персонала от рентгеновского излучения, возникающего при торможении высокоэнергетичных ионов обусловлена выбором толщины стальных стенок танка и использованием графитовых диафрагм по ходу луча. В комплекте имеется пять типов источников ионов: SO55 нагревательный, SO 60 с холодным катодом, SO 70 с горячим катодом, SO 80 микроволновой и SO 90 распыления, что позволяет эффективно работать с самыми различными веществами и соединениями, служащими материалом для получения ионов. Замена источника ионов производится без разгерметизации танка через шлюз при помощи штанги с пневматическим приводом и занимает 20-30 минут. Высокая степень воспроизводимости режимов работы и получаемых результатов при ионной имплантации и RBS анализе определяется прецизионной многоконтурной системой стабилизации ускоряющего напряжения. Это конструкционное решение позволяет достичь стабильности энергии луча не хуже 0,2%. Приемная камера ионной имплантации позволяет работать с образцами диаметром до 150 мм. Удобный и наглядный визуализатор профиля луча, контроль процесса сканирования по 4 цилиндрам Фарадея и прецизионный интегратор тока позволяют достичь неравномерности дозы по пластине менее 1% и воспроизводимости дозы от образца к образцу не хуже 2%. В комплекте установки входит приспособление для проведения процесса имплантации при повышенной температуре образца (до 800С). Для RBS анализа используется компьютерный анализатор и программное обеспечение фирмы The Nucleus Inc. и периферийные приборы (усилители, калибровочный генератор, детекторы, источники питания и смещения, подаваемого на детектор) фирмы EG&G ORTEC (США). При проведении работ по RBS анализу образец располагается в приемной камере на гониометре, имеющем три степени свободы. Таким образом реализуется возможность регистрации RBS спектров в режиме каналирования падающего потока ионов. Эта методика дает возможность не только определять количественный и элементный состав исследуемого образца, но и оценивать степень упорядоченности кристаллической структуры и расположение примесей относительно узлов кристаллической решетки. Отечественные аналоги имплантеров (ИЛУ-5М, Везувий 13П и т.п.) имеют ускоряющее напряжение 100-200 кВ, возможность работы с ионами 2-3 элементов, ограниченные средства контроля процессов. Рабочие характеристики этих установок позволяют использовать их при проведении стандартных процессов имплантации в промышленных масштабах с постадийным контролем результата и корректировкой режимов от процесса к процессу при этом серьезно ограничивает их возможности в научных исследованиях. Отечественные аналоги аппаратуры для RBS анализа или отсутствуют, или собраны из зарубежных комплектующих. Зарубежные аналоги во многом превосходят описываемое оборудование по своим показателям и возможностям, В частности фирма HVEE в настоящее время производит ускорители типов Singletron и Tandetron с энергией ионов до 6 МэВ, однако стоимость такого оборудования составляет десятки млн. долларов.

Основные направления научных исследований, проводимых с использованием УНУ

  • Уникальные работы, требующие использования ионов средних и высоких энергий, такие как анализ различных структур методом RBS, имплантация ионов различных химических элементов с минимумом потерь имплантируемого элемента, обусловленных рассеянием первичных ионов, имплантация тяжелых ионов, имплантация молекулярных и кластерных ионов, формирование заданных распределений имплантируемой примеси с помощью варьирования в широких пределах энергии первичных частиц;
  • Научно - исследовательские работы, опытно-конструкторские и опытно-технологические разработки в области микро- и наноэлектроники;
  • Научно - исследовательские работы, опытно-конструкторские и опытно - технологические разработки в области микро - и наносистемной техники;
  • Диагностика микро - и наноструктур электроники, наноматериалов, биоорганических нанообъектов;
  • Научно - образовательные услуги, реализация дополнительных образовательных программ повышения квалификации и подготовки операторов аналитического и технологического оборудования микро - и наноэлектроники.

Наиболее значимые научные результаты исследований

1)Грант РФФИ 13-02-92622 КОа гос. рег. номер 01201366194128. Кремниевые светоизлучающие структуры, созданные с помощью инженерии дефектов, образующих уровни в запрещенной зоне Вдовин В.И., Забродский В.В., Калядин А.Е., Кютт Р.Н., Лошаченко А.С., Паршин Е.О., Соболев Н.А., Федина Л.И., Шек Е.И., Штельмах К.Ф.; 2)Фотолюминесценция в кремнии, имплантированном ионами эрбия при повышенной температуре. Соболев Н.А., Калядин А.Е., Шек И.Е., Сахаров В.И., Серенков И.Т., Вдовин В.И., Маковийчук М.И, Паршин Е.О..// ФТП. - 2011. - Т. 45, вып. 8. - С. 1038 – 1040

150007, г. Ярославль, ул. Университетская, д. 21
📷

Возврат к списку


0 комментариев

Комментарии отсутствуют!

Вы можете оставить свое сообщение первым.

Написать комментарий