Investigation of high-intensity implantation of titanium ions into silicon under conditions of the beam’s energy impact on the surface

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Methods of modifying surface and near-surface layers of materials and coatings by ion beams can be applied in many fields of science and technology. To practically implement the technologies for the targeted improvement of the performance properties of parts and products for various purposes, it is of great interest to develop the methods of deep ion doping of near-surface layers of semiconductor materials, as well as metals and alloys due to the enhancement of radiation-stimulated diffusion under conditions when the irradiated sample’s deep layers are not subjected to significant temperature impact. This work studies the features and regularities of the implementing the synergy of high-intensity titanium ion implantation at current densities of several hundred milliamps per square centimeter with simultaneous energy impact of a submillisecond ion beam with a power density reaching several tens of kilowatts per square centimeter on the surface. This work is the first to show that the synergy of high-intensity ion implantation and the energy impact of a high-power density ion beam, taking the titanium implantation into silicon as an example, provides the possibility of increasing the ion doping depth from fractions of a micron to 6 μm by increasing the irradiation time from 0.5 to 60 min.

About the authors

А. I. Ivanova

National Research Tomsk Polytechnic University

Author for correspondence.
Email: bai@tpu.ru
Russian Federation, Tomsk

D. О. Vakhrushev

National Research Tomsk Polytechnic University

Email: bai@tpu.ru
Russian Federation, Tomsk

О. S. Korneva

National Research Tomsk Polytechnic University

Email: bai@tpu.ru
Russian Federation, Tomsk

А. V. Gurulev

National Research Tomsk Polytechnic University

Email: bai@tpu.ru
Russian Federation, Tomsk

V. А. Varlachev

National Research Tomsk Polytechnic University

Email: bai@tpu.ru
Russian Federation, Tomsk

D. D. Efimov

Immanuel Kant Baltic Federal University

Email: bai@tpu.ru
Russian Federation, Kaliningrad

А. А. Chernyshev

National Research Tomsk State University

Email: bai@tpu.ru
Russian Federation, Tomsk

References

  1. Диденко А.Н., Лигачев А.Е., Куракин И. Б. Воздействие пучков заряженных частиц на поверхность металлов и сплавов. Москва: Энергоатомиздат, 1987. 184 с.
  2. Комаров Ф.Ф. Ионная имплантация в металлы. М.: Металлургия, 1990. 216 с.
  3. Быковский Ю.А., Неволин В.Н., Фоминский В.Ю. Ионная и лазерная имплантация металлических материалов. М.: Энергоатомиздат, 1991. 240 с.
  4. Челядинский А.Р., Комаров Ф.Ф. // УФН. 2003. Т. 173. № 8. С. 813. https://www.doi.org/10.1070/PU2003v046n08 ABEH001371.
  5. Диденко А.Н., Шаркеев Ю.П., Козлов Э.В., Рябчиков А.И. Эффекты дальнодействия в ионно-имплантированных металлических материалах. Томск: Изд-во НТЛ, 2004. 328 с.
  6. Борисов А.М., Крит Б.Л., Куликаускас В.С., Семенова Н.Л., Суминов И.В., Тихонов С.А. // Известия Томского политехнического университета. 2014. Т. 324. № 2. C. 137.
  7. Ryssel H., Ruge I. Ion implantation. Chichester: Wiley, 1986. 478 p. https://www.doi.org/10.1002/sia.740100409
  8. Williams J.S., Poate J.M., Ion Implantation and Beam Processing, 1st ed. Orlando: Academic, 1984. 432 p.
  9. Komarov F.F. // Phys.-Uspekhi. 2003. V. 46. № 12. P. 1253. https://www.doi.org/10.1070/PU2003v046n12 ABEH001286
  10. Mehrer H. Diffusion in solids: fundamentals, methods, materials, diffusion-controlled processes, 1st ed. Berlin: Springer Science & Business Media, 2007. 645 p.
  11. Valiev S.H., Pugacheva T.S., Jurabekova F.G., Lem S.A., Miyagawa Y. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. 1997. V. 127–128. P. 265. https://www.doi.org/10.1016/S0168-583X(96)00937-8
  12. Ho P.S. // Surf. Sci. 1978. V. 72. № 2. P. 253. https://www.doi.org/10.1016/0039-6028(78)90294-7.
  13. Miotello A., Mazzoldi P. // J. Appl. Phys. 1983. V. 54. P. 4235. https://www.doi.org/10.1063/1.332527
  14. Eltoukhy A.H., Green J.E. // J. Appl. Phys. 1980. V. 51. № 8. P. 4444. https://www.doi.org/10.1063/1.328265
  15. Sizmann R. // J. Nucl. Mater. 1978. V. 69–70. P. 386. https://www.doi.org/10.1016/0022-3115(78)90256-8
  16. Patent 2787564 (US). Forming semiconductive devices by ionic bombardment. / Bell Telephone Laboratories Inc., New York. Shockley W. // 1957.
  17. Poate J.M., Foti G., Jacobson D.C. Surface Modification and Alloying by Laser, Ion, and Electron Beams, 1st ed. Berlin: Springer, 2013. 414 p.
  18. Ryabchikov A.I., Stepanov I.B., Dektjarev S.V., Sergeev O.V. // Rev. Sci. Instrum. 1998. V. 69. P. 810. https://www.doi.org/10.1063/1.1148585
  19. Nikolaev A.G., Oks E.M., Savkin K.P., Yushkov G.Yu., Brown I.G. // Rev. Sci. Instrum. 2012. V. 83. № 2. P. 501. https://www.doi.org/10.1063/1.3655529
  20. Anders A. Handbook of Plasma Immersion Ion Implantation and Deposition, 1st ed. N.Y.: John Wiley & Sons, 2000. 760 p.
  21. Widner M., Alexeff I., Jones W.D., Lonngren K.E. // Phys. Fluids. 1970. V. 13. P. 2532. https://www.doi.org/10.1063/1.1692823
  22. Anders A. // Surf. Coat. Technol. 1997. V. 93. № 2–3. P. 158. https://www.doi.org/10.1016/S0257-8972(97)00037-6
  23. Wei R. // Surf. Coat. Technol. 1996. V. 83. P. 218. https://www.doi.org/10.1016/0257-8972(95)02828-5
  24. Anishchik V.M., Uglov V.V. Modification of Instrumental Materials by Ion and Plasma Beams. Minsk: Belorus. Gos. Univ., 2003. 177 p. [in Russian].
  25. Ryabchikov A.I. Ananin P.S., Dektyarev S.V., Sivin D.O., Shevelev A.E. // Vacuum. 2017. V. 143. P. 447. https://www.doi.org/10.1016/j.vacuum.2017.03.011
  26. Ryabchikov A.I. // IEEE Trans. Plasma Sci. 2021. V. 49. № 9. P. 2529. https://www.doi.org/10.1109/TPS.2021.3073942.
  27. SIMNRA Computer simulation of RBS, ERDA, NRA, MEIS and PIGE by Matej Mayer [Электронный ресурс]. https://mam.home.ipp.mpg.de/Download.html. Дата обращения: 14.11.2022.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».