Моделирование ионно-имплантационной обработки материалов - page 9

ного импульса (рис. 9, а). Такие ионы были действительно обнаружены
при анализе глубинного распределения [1]. Согласно расчетам , выход
электронов из плазмы сразу после включения высоковольтного импуль-
са составляет около 5 − 10 % от их первоначального количества, а число
ионов практически не меняется. Оценить скачок потенциала в плазме
можно уравнением Пуассона: δϕ ∼ eδN (δx) 2 /ε0 . При разности плот -
ностей ионов и электронов δN ∼ 109 см−3 и характерных размерах
плазмы δx ∼ 1 см изменение потенциала δϕ составляет несколько ки-
ловольт. Вызванные включением поля возмущения быстро релаксиру -
ют, и примерно через 0,2 мкс в основном объеме плазмы восстанавли -
вается квазинейтральность (рис. 9, б).
Как и в случае применения треугольного высоковольтного импуль -
са, газодинамическое движение плазмы от мишени к подложке обусло -
вливает рост ионного тока на подложку. Расчеты показывают, что сбли -
жение плазменного факела и подложки происходит примерно за 4 мкс ,
а затем развивается обратный процесс. Плазма как бы удаляется от под -
ложки из-за увеличения области пространственного заряда . В последу-
ющие моменты времени картина процессов во многом напоминает кар-
тину ионно- имплантационной обработки в газоразрядной плазме [6].
Ионный ток начинает уменьшаться со временем как из-за увеличения
области пространственного заряда (закон Чайльда – Ленгмюра), так и
вследствие уменьшения плотности плазмы.
Удаление границы плазмы от подложки сопровождается умень -
шением энергии имплантированных ионов. Сохранившиеся к концу
Рис. 10. Расчетная гистограмма
энергетического распределения
ионов, имплантируемых под
воздействием прямоугольного
высоковольтного импульса с
амплитудой 40 кВ
процесса в промежутке мишень –
подложка ионы могут “стартовать” с
различных потенциальных поверхно-
стей, поскольку электрический потен-
циал изменяется в этом промежутке .
Это приводит к заметному размытию
энергетического спектра и появлению
ионов с энергией, меньшей “номиналь -
ной”. Расчеты показывают, что при на -
ложении импульса с амплитудой 40 кВ
энергия имплантированных ионов мо-
жет снижаться до 35 кэВ (рис. 10).
Согласно расчетам, использование пря-
моугольного высоковольтного импуль-
са позволяет получать достаточно уз-
кий энергетический спектр импланти-
рованных ионов. Б ´ ольшая часть ионов
36 ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана . Сер. “Машиностроение”. 2004. № 3