ИНСТИТУТ ПРИКЛАДНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ ИМ. А.Н. СЕВЧЕНКО БГУ, ЛАБОРАТОРИЯ ЭЛИОНИКИ ИНСТИТУТ ПРИКЛАДНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ ИМ. А.Н. СЕВЧЕНКО БГУ, ЛАБОРАТОРИЯ. - презентация

1 ИНСТИТУТ ПРИКЛАДНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ ИМ. А.Н. СЕВЧЕНКО БГУ, ЛАБОРАТОРИЯ ЭЛИОНИКИ ИНСТИТУТ ПРИКЛАДНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ ИМ. А.Н. СЕВЧЕНКО БГУ, ЛАБОРАТОРИЯ ЭЛИОНИКИ 1 ELECTROPHYSICAL COMPLEX ON BASIS OF THE ELECTROSTATIC ACCELERATOR ESA-2 FOR FUNDAMENTAL AND APPLIED INVESTIGATIONS Institute of Applied Physics Problems, Belarussian State University, Minsk, Belarus Lagutin A.E., Boyko E.B., Kamyshan A.S., Komarov F.F.

2 ИНСТИТУТ ПРИКЛАДНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ ИМ. А.Н. СЕВЧЕНКО БГУ, ЛАБОРАТОРИЯ ЭЛИОНИКИ ИНСТИТУТ ПРИКЛАДНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ ИМ. А.Н. СЕВЧЕНКО БГУ, ЛАБОРАТОРИЯ ЭЛИОНИКИ 2 УСКОРИТЕЛЬ ЭСУ-2 ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЕ УСКОРИТЕЛИ ИОНОВ УСКОРИТЕЛЬ HVEE AN-2500 диапазон энергий, кэВ180 ÷ 1000 ускоряемые ионыот Н + до Ar + стабильность энергии ± 0,1 % ток на мишени до 40 мкА диапазон энергий, кэВ1000÷2500 ускоряемые ионыН +, Не + стабильность энергии ± 0,01 % ток на мишени до 200 мкА

3 ИНСТИТУТ ПРИКЛАДНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ ИМ. А.Н. СЕВЧЕНКО БГУ, ЛАБОРАТОРИЯ ЭЛИОНИКИ ИНСТИТУТ ПРИКЛАДНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ ИМ. А.Н. СЕВЧЕНКО БГУ, ЛАБОРАТОРИЯ ЭЛИОНИКИ 3 Имплантационный модуль 1) тип имплантируемых ионов H +, H 2 +, N +, N 2 +, Ar + ; 2) энергия имплантируемых ионов H +, H 2 + ( ) кэВ, N +, N 2 + ( ) кэВ, Ar + ( ) кэВ; 3) немонохроматичность ионного пучка ,5 %; 4) полный ток на мишени до 40 мкА; 5) минимальный диаметр пятна на мишени мм; 6) диаметр обрабатываемых пластин до 100 мм; 7) тип развертки ионного пучка электростатический; 8) вакуум в мишенной камере не более Па; 9) диапазон температуры мишени (25 500)° С. Параметры имплантера:

4 ИНСТИТУТ ПРИКЛАДНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ ИМ. А.Н. СЕВЧЕНКО БГУ, ЛАБОРАТОРИЯ ЭЛИОНИКИ ИНСТИТУТ ПРИКЛАДНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ ИМ. А.Н. СЕВЧЕНКО БГУ, ЛАБОРАТОРИЯ ЭЛИОНИКИ 4 Ионно-лучевая модификация материалов Формирование скрытых высокоомных термостабильных слоев в кремнии субстехиометрической имплантацией азота Первая (горячая) имплантация Условия: Условия: t= 400 C, энергия N , 280, 200 кэВ, дозы 6,5 · 10 16, 3,3 · и 3,1 · ион/см 2, соответственно. Концентрация азота в скрытом слое составляет в среднем 11÷14 %. Энергетические спектры РОР ионов He + с энергией 1,5 МэВ кристалла Si, после имплантации ионов N – осевой спектр; имплантация в исходный Si: 270 кэВ; 5 · ион/см 2, при t = 25° C; 2 - осевой спектр; 230 кэВ, 5 · ион/см 2 при 400° C кэВ, 5 · ион/ см 2 при t = 25° C (- - -) – осевой для исходного Si; ( ) – случайный спектр. Вторая (холодная) имплантация Условия: Условия: энергия – 400 и 200 кэВ, доза – 0,65 · и 0,31 · ион/см 2, соответственно. Постимплантационный отжиг t= 900 ÷ 950° C в азоте в течение 30 мин. Получено: - среднее значение удельного сопротивления 1,1 · 10 6 Ом · см. - толщина скрытого слоя - около 300 нм; - толщина приповерхностного рабочего слоя - около 160 нм.

5 ИНСТИТУТ ПРИКЛАДНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ ИМ. А.Н. СЕВЧЕНКО БГУ, ЛАБОРАТОРИЯ ЭЛИОНИКИ ИНСТИТУТ ПРИКЛАДНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ ИМ. А.Н. СЕВЧЕНКО БГУ, ЛАБОРАТОРИЯ ЭЛИОНИКИ 5 Изменение оптических характеристик органических материалов Дозовые зависимости изменения толщины Δ d/d пленок ПММА Дозовые зависимости изменения коэффициента преломления пленок ПММА Пленки полиметилметакрилата [C 5 H 8 O 2 ] n Условия: Условия: N 2 + c энергией 300 кэВ и дозами ÷10 15 ион/см 2 Ионно-лучевая модификация материалов см 2

6 ИНСТИТУТ ПРИКЛАДНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ ИМ. А.Н. СЕВЧЕНКО БГУ, ЛАБОРАТОРИЯ ЭЛИОНИКИ ИНСТИТУТ ПРИКЛАДНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ ИМ. А.Н. СЕВЧЕНКО БГУ, ЛАБОРАТОРИЯ ЭЛИОНИКИ 6 Энергия ионов H +, кэВ Доза, ион/см 2 4,2· ,3· ,2· ,0· ·10 14 Режимы имплантации, при комнатной температуре Создание вертикальной изоляции в арсениде галлия Омсм Удельное сопротивление изоляции Омсм Зависимость удельного сопротивления облученного эпитаксиального слоя GaAs c начальным сопротивлением 0,55 Омсм от температуры Ионно-лучевая модификация материалов

7 ИНСТИТУТ ПРИКЛАДНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ ИМ. А.Н. СЕВЧЕНКО БГУ, ЛАБОРАТОРИЯ ЭЛИОНИКИ ИНСТИТУТ ПРИКЛАДНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ ИМ. А.Н. СЕВЧЕНКО БГУ, ЛАБОРАТОРИЯ ЭЛИОНИКИ 7 АНАЛИТИЧЕСКИЙ МОДУЛЬ РЕЗЕРФОРДОВСКОГО ОБРАТНОГО РАССЕЯНИЯ ИОНОВ Аналитический модуль РОР с ЭСА Параметры ЭСА: 1. Угол поворота ионного пучка Ф е = Радиус кривизны r 0 = 30 cм, r 2 – r 1 = 0,8 cм 3. Телесный угол, стягиваемый детектором ΔΩ = 1,3·10 -4 ср 4. Потенциал на электродах ЭСА от ± 45 до ± 7500 В 5. Диапазон анализируемых энергий от 40 до 281 кэВ 6. Энергетическое разрешение 1 % Электростатический анализатор энергии

8 ИНСТИТУТ ПРИКЛАДНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ ИМ. А.Н. СЕВЧЕНКО БГУ, ЛАБОРАТОРИЯ ЭЛИОНИКИ ИНСТИТУТ ПРИКЛАДНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ ИМ. А.Н. СЕВЧЕНКО БГУ, ЛАБОРАТОРИЯ ЭЛИОНИКИ 8 Электростатический анализатор энергии Энергетический спектр обратно рассеянных протонов с энергией 240 кэВ пленкой хрома (1) и производная dN/dE высокоэнергетической границы спектра (2) Энергетический спектр обратно рассеянных протонов с энергией 240 кэВ пленкой золота (1) и производная dN/dE высокоэнергетической границы спектра (2)

9 ИНСТИТУТ ПРИКЛАДНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ ИМ. А.Н. СЕВЧЕНКО БГУ, ЛАБОРАТОРИЯ ЭЛИОНИКИ ИНСТИТУТ ПРИКЛАДНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ ИМ. А.Н. СЕВЧЕНКО БГУ, ЛАБОРАТОРИЯ ЭЛИОНИКИ 9 Применение спектрометра РОР с ЭСА Исследование процессов сегрегации ионно-имплантированной примеси на границе раздела кремний – оксид кремния примеси на границе раздела кремний – оксид кремния Образец: Образец: Si, имплантация As с энергией 32 кэВ, доза ион/см 2, отжиг t = 1050° C в течение 10 с. Условия: Условия: анализирующий пучок – Н + ; энергия пучка ÷ 240 кэВ; угол регистрации протонов – 164°; вакуум в камере – Па. Спектр РОР с ЭСА Н + с энергией 214 кэВ Осевой ( ) и случайный ( ) спектр РОР ионов Не + с энергией 1 МэВ

10 ИНСТИТУТ ПРИКЛАДНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ ИМ. А.Н. СЕВЧЕНКО БГУ, ЛАБОРАТОРИЯ ЭЛИОНИКИ ИНСТИТУТ ПРИКЛАДНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ ИМ. А.Н. СЕВЧЕНКО БГУ, ЛАБОРАТОРИЯ ЭЛИОНИКИ 10 ат./cм 2 Si, %As, %O, % 4,5 · ,3066,7 1,0 · ,52,50 2,0 · ,650,350 1,0 · ,850, Послойный состав структуры Применение спектрометра РОР с ЭСА Расчетный профиль распределения мышьяка по глубине

11 ИНСТИТУТ ПРИКЛАДНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ ИМ. А.Н. СЕВЧЕНКО БГУ, ЛАБОРАТОРИЯ ЭЛИОНИКИ ИНСТИТУТ ПРИКЛАДНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ ИМ. А.Н. СЕВЧЕНКО БГУ, ЛАБОРАТОРИЯ ЭЛИОНИКИ 11 Е уск., кэВ Е изм., кэВ Е, кэВ Ширина энергетического распределения ионов ΔЕ факт. определяется: ΔЕ факт. = (ΔЕ 2 изм. - ΔЕ 2 кал. ) 1/2 Энергетический спектр рассеянных ионов атомарного водорода с энергией 222 кэВ никелевой мишенью (1) и производная от края спектра (2) Измеренные параметры ионного пучка Применение спектрометра РОР с ЭСА Измерение энергетических распределений ионов в пучке нейтронного генератора НГ-12 ГНУ «ОИЭЯИ-Сосны»

12 ИНСТИТУТ ПРИКЛАДНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ ИМ. А.Н. СЕВЧЕНКО БГУ, ЛАБОРАТОРИЯ ЭЛИОНИКИ ИНСТИТУТ ПРИКЛАДНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ ИМ. А.Н. СЕВЧЕНКО БГУ, ЛАБОРАТОРИЯ ЭЛИОНИКИ 12 Применение спектрометра РОР с ЭСА Контроль качества поверхности Si с различной степенью шероховатости Энергетические спектры РОР поверхности кремния с различной степенью шероховатости

13 ИНСТИТУТ ПРИКЛАДНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ ИМ. А.Н. СЕВЧЕНКО БГУ, ЛАБОРАТОРИЯ ЭЛИОНИКИ ИНСТИТУТ ПРИКЛАДНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ ИМ. А.Н. СЕВЧЕНКО БГУ, ЛАБОРАТОРИЯ ЭЛИОНИКИ 13 Экспериментальная установка Параметры установки: 1)Измеренная угловая расходимость зондирующего пучка ± град. при немонохроматичности менее 0,1 %; 2)скорость сканирования угловых распределений не превышает 2, град./с; 3)диапазон сканирования 0 ÷ 7,0 град.; 4) полное измеренное энергетическое разрешение системы регистрации 19 кэВ. УСТАНОВКА ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ПРОЦЕССОВ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ С ТВЕРДЫМ ТЕЛОМ

14 ИНСТИТУТ ПРИКЛАДНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ ИМ. А.Н. СЕВЧЕНКО БГУ, ЛАБОРАТОРИЯ ЭЛИОНИКИ ИНСТИТУТ ПРИКЛАДНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ ИМ. А.Н. СЕВЧЕНКО БГУ, ЛАБОРАТОРИЯ ЭЛИОНИКИ 14 Взаимодействие протонов с кремнием Угловые распределения энергетических потерь протонов в кристалле Si толщиной 1,3 (а) и 2 мкм (б). Угол между кристаллографической осью и пучком 0°.

15 ИНСТИТУТ ПРИКЛАДНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ ИМ. А.Н. СЕВЧЕНКО БГУ, ЛАБОРАТОРИЯ ЭЛИОНИКИ ИНСТИТУТ ПРИКЛАДНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ ИМ. А.Н. СЕВЧЕНКО БГУ, ЛАБОРАТОРИЯ ЭЛИОНИКИ 15 Угловые распределения отраженных поверхностью кремния протонов с энергией 380 кэВ при углах падения 0,3º (1) и 0,5º (2) Взаимодействие протонов с кремнием Энергетические спектры отраженных поверхностью (111) кремния протонов с энергией 380 кэВ при угле влета относительно поверхности 0,5° и угле регистрации 1°

16 ИНСТИТУТ ПРИКЛАДНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ ИМ. А.Н. СЕВЧЕНКО БГУ, ЛАБОРАТОРИЯ ЭЛИОНИКИ ИНСТИТУТ ПРИКЛАДНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ ИМ. А.Н. СЕВЧЕНКО БГУ, ЛАБОРАТОРИЯ ЭЛИОНИКИ 16 Угловые распределения протонов с энергией 240 кэВ при прохождении стеклянного капилляра длиной 60 мм и диаметром 0,5 мм Прохождение протонов через капилляры

17 ИНСТИТУТ ПРИКЛАДНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ ИМ. А.Н. СЕВЧЕНКО БГУ, ЛАБОРАТОРИЯ ЭЛИОНИКИ ИНСТИТУТ ПРИКЛАДНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ ИМ. А.Н. СЕВЧЕНКО БГУ, ЛАБОРАТОРИЯ ЭЛИОНИКИ 17 Выводы -создан спектрометр РОР с энергетическим разрешением 1 % за счет использования разработанного электростатического анализатора энергии для измерения профилей концентрации мелкозалегающей примеси; -разработана установка для исследования процессов взаимодействия заряженных частиц с твердым телом; -разработан высокоэнергетический имплантационный модуль для ионно- лучевой модификации приповерхностных слоев твердотельных материалов. На основе созданного исследовательско-имплантационного комплекса экспериментально изучены: –процессы сегрегации имплантированной примеси на границе раздела кремний-оксид кремния, происходящие в результате быстрого термического отжига; –процессы формирования скрытых высокоомных термостабильных слоев в кремнии, вертикальной изоляции в арсениде галлия, модификации оптических характеристик диэлектрических материалов; -процессы взаимодействия ускоренных ионов водорода с монокристаллами кремния в режимах движения на просвет и отражение при углах падения ионов на поверхность мишени близких к углу Линдхарда (до 2÷3 Ψ L ).