 | Эта статья поднимает множество проблем. Пожалуйста, помогите улучшить его или обсудите эти проблемы на странице обсуждения . ( Узнайте, как и когда удалить эти сообщения-шаблоны ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения )
|
Ионный пучок представляет собой тип пучка заряженных частиц , состоящий из ионов . Ионные пучки находят множество применений в производстве электроники (в основном для ионной имплантации ) и других отраслях промышленности. Существует множество источников ионных пучков , некоторые из которых являются производными от двигателей на ртутных парах, разработанных НАСА в 1960-х годах. Наиболее распространены ионные пучки однозарядных ионов.
Единицы [ править ]
Плотность ионного тока обычно измеряется в мА / см ^ 2, а энергия ионов - в эВ. Использование эВ удобно для преобразования между напряжением и энергией, особенно при работе с однозарядными ионными пучками, а также для преобразования между энергией и температурой (1 эВ = 11600 К). [1]
Широколучевые источники ионов [ править ]
В большинстве коммерческих приложений используются два популярных типа источников ионов, сеточные и бессеточные, которые различаются по токовым и энергетическим характеристикам, а также по способности управлять траекториями ионов. [1] В обоих случаях электроны необходимы для генерации ионного пучка. Наиболее распространенными эмиттерами электронов являются горячая нить накала и полый катод.
Сеточный источник ионов [ править ]
В сеточном источнике ионов для генерации ионов используются постоянный или высокочастотный разряд, которые затем ускоряются и уничтожаются с помощью сеток и апертур. Здесь ток разряда постоянного тока или мощность ВЧ разряда используются для управления током пучка.
Плотность ионного тока, которая может быть ускорена с помощью источника ионов с сеткой, ограничена эффектом пространственного заряда , который описывается законом Чайлда :
,
где - напряжение между сетками, - расстояние между сетками, - масса иона.
Как правило, сетки размещают как можно ближе, чтобы увеличить плотность тока . Используемые ионы оказывают значительное влияние на максимальный ток ионного пучка, поскольку . При прочих равных максимальный ток ионного пучка с криптоном составляет всего 69% от максимального ионного тока пучка аргона , а с ксеноном это соотношение падает до 55%. [1]
Источники ионов без решетки [ править ]
В источнике ионов без сетки ионы генерируются потоком электронов (без сеток). Наиболее распространенным источником ионов без сетки является источник ионов Конца Холла . Здесь ток разряда и поток газа используются для управления током пучка.
Приложения [ править ]
Ионно-лучевое травление или распыление [ править ]
Одним из типов источников ионного пучка является дуоплазматрон . Ионные пучки можно использовать для распыления или травления ионным пучком, а также для ионно-пучкового анализа .
Нанесение ионного пучка, травление или распыление - это метод, концептуально похожий на пескоструйную очистку , но использующий отдельные атомы в ионном пучке для абляции мишени. Реактивное ионное травление - важное расширение, в котором используется химическая реакционная способность для усиления эффекта физического распыления.
В типичном использовании в производстве полупроводников , А маска может избирательно подвергать слой фоторезиста на подложке , изготовленной из полупроводникового материала , такого как диоксид кремния или арсенида галлия пластины . Пластина проявляется, и для положительного фоторезиста открытые части удаляются химическим способом. В результате на тех участках поверхности пластины, которые были замаскированы от экспонирования, остается узор. Затем пластина помещается в вакуумную камеру и подвергается воздействию ионного пучка. Воздействие ионов разрушает мишень, стирая участки, не покрытые фоторезистом.
Инструменты сфокусированного ионного пучка (FIB) находят множество применений для определения характеристик тонкопленочных устройств. Используя сфокусированный ионный пучок высокой яркости в сканированном растровом узоре, материал удаляется (распыляется) в виде точных прямолинейных узоров, открывающих двумерный или стратиграфический профиль твердого материала. Наиболее распространенное применение - проверка целостности оксидного слоя затвора в КМОП-транзисторе. На одном месте раскопок поперечный разрез подвергается анализу с помощью сканирующего электронного микроскопа. Двойные выемки по обе стороны тонкой перемычки из ламелей используются для подготовки образцов для просвечивающего электронного микроскопа. [2]
Другое распространенное использование инструментов FIB - это проверка конструкции и / или анализ отказов полупроводниковых устройств. Проверка конструкции сочетает выборочное удаление материала с нанесением проводящих, диэлектрических или изоляционных материалов с помощью газа. Инженерные прототипы устройств могут быть модифицированы с использованием ионного пучка в сочетании с осаждением материала с помощью газа для изменения проводки проводящих путей интегральной схемы. Эти методы эффективно используются для проверки корреляции между проектом САПР и фактической схемой функционального прототипа, что позволяет избежать создания новой маски с целью тестирования изменений конструкции.
Материаловедение использует распыление для расширения методов анализа поверхности, таких как масс-спектрометрия вторичных ионов или электронная спектроскопия ( XPS , AES ), чтобы они могли профилировать их по глубине.
Биология [ править ]
В радиобиологии широкий или сфокусированный ионный пучок используется для изучения механизмов меж- и внутриклеточной коммуникации, передачи сигналов и повреждения и восстановления ДНК .
Медицина [ править ]
Пучки ионов также используются в терапии частицами , чаще всего при лечении рака.
Космические приложения [ править ]
Пучки ионов, создаваемые ионными и плазменными двигателями на борту космического корабля, могут использоваться для передачи силы на близлежащий объект (например, другой космический корабль, астероид и т. Д.), Который облучается пучком. Этот инновационный метод движения под названием Ion Beam Shepherd показал свою эффективность в области активного удаления космического мусора, а также отклонения астероидов.
Пучки ионов высоких энергий [ править ]
Пучки ионов высоких энергий, создаваемые ускорителями частиц , используются в атомной физике , ядерной физике и физике элементарных частиц .
Вооружение [ править ]
Использование ионных пучков в качестве оружия пучка частиц теоретически возможно, но не было продемонстрировано. Электронно-лучевое оружие было испытано военно-морскими силами США в начале 20-го века, но эффект нестабильности шланга не позволяет им быть точными на расстоянии более 30 дюймов. См. « Оружие с пучком частиц» для получения дополнительной информации об этом типе оружия.
См. Также [ править ]
- Источник ионов
- Ионный двигатель
- Ионный ветер
Ссылки [ править ]
- ^ a b c Кауфман, Гарольд Р. (2011). Приложения широкополосных источников ионов: введение (PDF) . Форт-Коллинз, Колорадо, 80524: ISBN Kaufman & Robinson, Inc. 9780985266400.CS1 maint: location ( ссылка )
- ^ Giannuzzi, Люсиль А., Стиви, Фред А. Введение в фокусированного ионного пучка: приборостроение, теория, методы и практика , Springer 2005 - 357 страниц
Внешние ссылки [ править ]
- Параметры торможения ионных пучков в твердых телах, рассчитанные по модели MELF-GOS
- ISOLDE - объект, предназначенный для производства большого количества пучков радиоактивных ионов, расположенный в ЦЕРНе.
