第三章--离子在固体中的射程分布(2).ppt

粒子与固体碰撞物理学第三章离子在固体中的射程分布理论§3.1基本概念射程——离子由进入到停止所走过的总距离R投影射程——射程R在入射方向上的投影，称为投影射程Rp矢量射程——入射起始点O与路径终点之间的距离，称为Rc二、标准偏差在统计学中，标准偏差就是射程的平均平方涨落，用ΔR2表示。根据定义有：同理，对于投影射程，其标准偏差为这是用来表征射程分布的一个重要的统计物理量。三、浓度分布在离子注入里，一般指最终停留在靶中的入射离子的体浓度随着深度的分布。一般在平均投影射程Rp处有一最高浓度。§3.2沿着路径测量的射程分布——LSS理论（一）如何建立射程几率P(R,E)所应满足的积分微分方程？4．根据公式（从图上亦可以看出），表面浓度亦不为0。若按照这个理论的预料，将在一部分离子分布在靶表面之外。这是不太符合实际情况的。所以，LSS理论假定：凡是在理论上预料落在靶表面外的离子，都被假定只是积聚在把表面上，实际上也可能如此。因此，实际的靶表面的浓度，将要超过高斯分布所预料的表面浓度。§3.5LSS理论在非晶靶中的应用实例横向效应横向分布SiliconLatticeViewedAlong110Axis三、临界角什么样的离子才能进入沟道，并且沿着沟道向前运动呢？前面已经提到，离子束与晶体里的某一主轴的夹角如果超过某一角度值时，晶体就近似等价于非晶，无沟道可言，所以存在一个临界角来判定是否会出现沟道效应。我们一般把这个临界角记作ψc，于是不同的入射粒子对应这个临界角会有这么三种关系：对于离子A，（入射角ψC）：它将与晶格原子发生严重的碰撞，因而与非晶靶入射的情况相同（除非它碰巧对准了另外一个晶轴方向）。这部分离子称为随机离子。对于C离子，（入射角?ψC）：这部分离子几乎很少受到靶原子核的碰撞，而以很长的波长在沟道中运动，具有很大的渗透本领，也就是射程。他们主要是受到靶内电子的碰撞（或者说散射）而损失能量，最后停止在靶内的某一位置。这类离子叫做完美沟道离子。B离子，（入射角ψC，略小于）：它在沟道中将受到较大的核碰撞，损失比较多的能量，同时有较大的散射角，但散射角又小于A离子。因而最终这些离子是在沟道中“振荡”前行，甚至中途逃离沟道。所以将这部分离子称为准沟道离子或者退道离子。这些离子将比离子A渗透的更深，但又小于离子C的沟道注入深度。2、平均作用势在Lindhard的理论中，他采用托马斯-费米势计算给出的沟道中的平均势场（也称为林哈德标准连续势），为称为托马斯-费米势半径，d是原子绳中相邻两原子的间距。碰撞后引起的沟道效应Rmax是一个很好的物理参量，它与晶体缺陷、表面氧化层厚度、靶温度无关，只要离子种类和离子能量及靶材和晶面确定，就会有一个确定的Rmax值。剂量对沟道效应影响取向对沟道效应影响温度对沟道效应影响思考问题掺杂注入为什么要避免沟道效应？为什么不利用沟道效应在离子能量不高的情况产生深结？答案沟道效应导致对注入离子在深度控制上有困难，使离子的注入距离超出预期的深度，使元件的功能受损。离子束不是完美地平行。许多离子注入衬底后会发生许多次核碰撞，只要少数一些会进入很深的距离，很难控制深度分布。沟道中核阻止很小，电子密度也很低，Rmax远大于R六、最大射程的计算：对离子在沟道中的运动轨迹方程的详细推导，不做详细介绍。大家只要知道，离子在沟道中大概是以圆频率ω在作简谐振动，方程可以表示为r=rmaxsinωt。其中，ω与离子的能量和沟道里的平均势有关。离子在沟道里的运动会受到核阻止或者电子阻止的阻尼作用而损失能量。在低能情况下核阻止占优，但在较高能量段入射，（这是我们感兴趣的能量段，因为对沟道现象的利用大多在这个较高能量段），在这种情况下，对于完美的沟道离子的最大射程的影响而言，电子阻止是主要的，正像前面所提的，这些完美沟道离子在沟道中运动，很少发生核碰撞，能量基本是由于电子阻止而损失，因而可以不计核阻止对最大射程的影响。根据这个近似：但它们之间的比例关系与在非晶靶中不同。下面简单介绍一种半经验公式的求法，这种方法常常更为精确，把上面的关系式写成：这个Se’(E)不等于非晶靶中的Se(E)，但它们存在着的关系。所以，K*也不是过去Se(E)=KE1/2里的K。这个K*值一般用实验方法确定，所