思考题-第4章-离子注入

● 扩散法掺杂时受到化学结合力、扩散系 数及固溶度等方面的限制，而离子注入是 一个物理过程，所以它可以注入各种元素。
● 扩散法是在高温下掺杂，离子注入法掺 杂可以在高温下进行，也可以在室温下或 低温下进行，这样可以减少高温过程对器 件产生的不良影响。
● 离子注入法可以做到高纯度的掺杂，避 免有害物质进入硅片。
（4-2）
Z是离子的电荷数
如果加速管的两端间加的电压差是V ，
则离子通过加速管所获得的能量为：
E=Z×V
（4-3）
一个电子受到1伏的电压差的加速获得的 能量是：
1ev=1.6×10-12尔格
对于IC制造中的离子注入，根据不同的工 艺，能量范围从几十kev到几百kev。
NN阱阱CCMMOOSS工工艺艺中中的的离离子子注注入入
如果束流是稳定的电流I，则：
NSS
=
It q
（4-5）
t = qNS S I
（4-6）
其中：NS 单位面积的注入剂量（个/cm2 ），S 是扫描面积（cm2 ），q 是一个离子的电荷
（1.6×10-19库仑），I 是注入的束流（安培），
t 是注入时间（秒）。
例题：如果注入剂量是5×1015，束流 1mA，求注入一片6英寸硅片的时间
一个质量数为M的正离子，以速 度v垂直于磁力线的方向进入磁场，受 洛伦茨力的作用，在磁场中作匀速圆 周运动的半径R（cm）为：
R = 1.44 MV ×10−2 （4-1） BZ
其中：V 为电压（伏特），Z 为离子的 电荷数，B 是磁场强度（特）。
正交电磁场分析器
⊕
电磁场的磁极
平行平板电极
当离子束垂直进入均匀的正交电磁场时，将同时
受到电场力和洛伦茨力的作用，这两个力的方向正好 相反，只有在某个质量为M的离子在分析器中所受的 电场力和洛伦茨力的数值相等时，不发生偏转而到达 靶室，大于或小于M的离子则被偏转掉。

材料工程基础》复习思考题第一章绪论1、材料科学与材料工程研究的对象有何异同？答：材料科学侧重于发现和揭示组成与结构，性能，使用效能，合成与加工等四要素之间的关系，提出新概念，新理论。

而材料工程指研究材料在制备过程中的工艺和工程技术问题，侧重于寻求新手段实现新材料的设计思想并使之投入使用，两者相辅相成。

6、进行材料设计时应考虑哪些因素？答：. 材料设计的最终目标是根据最终需求，设计出合理成分，制订最佳生产流程，而后生产出符合要求的材料。

材料设计十分复杂，如模型的建立往往是基于平衡态，而实际材料多处于非平衡态，如凝固过程的偏析和相变等。

材料的力学性质往往对结构十分敏感，因此，结构的任何细小变化，性能都会发生明显变化。

相图也是材料设计不可或缺的组成部分。

7、在材料选择和应用时，应考虑哪些因素？答：一，材料的规格要符合使用的需求：选择材料最基本的考虑，就在满足产品的特性及要求，例如：抗拉强度、切削性、耐蚀性等；二，材料的价格要合理；三，材料的品质要一致。

8、简述金属、陶瓷和高分子材料的主要加工方法。

答：金属：铸造（砂型铸造、特种铸造、熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、低压铸造、离心铸造、连续铸造、消失模铸造）、塑性加工（锻造、板料冲压、轧制和挤压、拉拨）、热处理、焊接（熔化焊、压力焊、钎焊）；橡胶：塑炼、混炼、压延、压出、硫化五部分；高分子：挤制成型、干压成型、热压铸成型、注浆成型、轧膜成型、等静压成型、热压成型和流延成型。

10、如何区分传统材料与先进材料？答：传统材料指已经成熟且已经在工业批量生产的材料，如水泥、钢铁，这些材料量大、产值高、涉及面广，是很多支柱产业的基础。

先进材料是正在发展，具有优异性能和应用前景的一类材料。

二者没有明显界限，传统材料采用新技术，提高技术含量、性能，大幅增加附加值成为先进材料；先进材料长期生产应用后成为传统材料，传统材料是发展先进材料和高技术基础，先进材料推到传统材料进一步发展。

第四章 离子注入与快速热处理1.下图为一个典型的离子注入系统。

（1）给出1-6数字标识部分的名称，简述其作用。

（2）阐述部件2的工作原理。

答：（1）1：离子源，用于产生注入用的离子；2：分析磁块，用于将分选所需的离子；3：加速器，使离子获得所需能量；4：中性束闸与中性束阱，使中性原子束因直线前进不能达到靶室； 5：X & Y 扫描板，使离子在整个靶片上均匀注入；6：法拉第杯，收集束流测量注入剂量。

（2）由离子源引出的离子流含有各种成分，其中大多数是电离的，离子束进入一个低压腔体内，该腔体内的磁场方向垂直于离子束的速度方向，利用磁场对荷质比不同的离子产生的偏转作用大小不同，偏转半径由公式：决定。

最后在特定半径位置采用一个狭缝，可以将所需的离子分离出来。

2.离子在靶内运动时，损失能量可分为核阻滞和电子阻滞，解释什么是核阻滞、电子阻滞？两种阻滞本领与注入离子能量具体有何关系？答：核阻滞即核碰撞，是注入离子与靶原子核之间的相互碰撞。

因两者质量是同一数量级，一次碰撞可以损失很多能量，且可能发生大角度散射，使靶原子核离开原来的晶格位置，留下空位，形成缺陷。

电子阻滞即电子碰撞，是注入离子与靶内自由电子以及束缚电子之间的相互碰撞。

因离子质量比电子质量大很多，每次碰撞损失的能量很少，且都是小角度散射，且方向随机，故经多次散射，离子运动方向基本不变。

在一级近似下，核阻滞本领与能量无关；电子阻滞本领与能量的平方根成正比。

1 2 3 4 563.什么是离子注入横向效应？同等能量注入时，As和B哪种横向效应更大？为什么？答：离子注入的横向效应是指，注入过程中，除了垂直方向外，离子还向横向掩膜下部分进行移动，导致实际注入区域大于掩膜窗口的效应。

B的横向效应更大，因为在能量一定的情况下，轻离子比重离子的射程要深且标准差更大。

4.热退火用于消除离子注入造成的损伤，温度要低于杂质热扩散的温度，然而，杂质纵向分布仍会出现高斯展宽与拖尾现象，解释其原因。

射程参数


RNm1 m2 4a2
(m1 m2 )2
其中，m1，m2为注入离子和靶原子的质量，N是单位体积 内的原子数，a为屏蔽长度
a

0.88a0
( Z11/ 3

Z 2/3 2
)1/ 2
由此，导出核阻止能量损失曲线。P84图4.5
13
1、注入离子能量三个区域中的阻止机制
1）低能区：核阻止 2）中能区：核阻止、电子阻止 3）高能区：电子阻止
注入离子靶原子：形成间隙-空位缺陷； 间隙靶原子靶原子：在入射离子轨迹周围形成大量
间隙-空位缺陷。
因此，须消除衬底损伤，并使注入离子处于电激 活位置，以达到掺杂目的。
31
一、级联碰撞
1、几个概念
1) 注入离子通过碰撞把能量传递给靶原子核及其电子的过程， 称为能量淀积过程。 弹性碰撞： 总动能守恒 注入离子能量低 非弹性碰撞：总动能不守恒 注入离子能量高 在集成电路制造中，注入离子的能量较低，弹性碰撞占 主要地位。
exp
1 2
y2

Y
2

z2 Z 2

(x Rp)2 R p 2

（4.21） 因入射靶材为各向同性的非晶材料，则在垂直入射方向的平
面内分布是对称的，即有
Y Z R 即Y方向、Z方向上的标准偏差 等于 横向离散 R 。
25
通过狭窄掩模窗口注入离子后的杂质分布情况
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2、一级近似下的阻止机制
1)核阻止本领
S
0 n
与入射离子E能量无关；
2)电子阻止本领 Se (E)与速度成正比关系；
3)在EC处核阻止和电子阻止本领相等，不同的靶材料和不同的