190959. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés szilárd anyagok ionokkal történő besugárzására
1 190959 2 A találmány tárgya eljárás és berendezés szilárd anyagok ionokkal történő besugárzására. Ionokkal való besugárzás (implantáció és/vagy hőkezelés) általánosan használt eljárás mind a félvezetők, mind a fémek kezelése céljából. A feladatot általában implantáló berendezésekkel, ún. implanterekkel szokták végezni. Ezek lényegi tulajdonsága, hogy rendkívül jól kézben tartott energiájú ionok időben állandó áramával sugározzák be a céltárgy felületét. Nagyobb területek egyenletes besugárzása céljából a nyalábot és/vagy a tárgyat elektromosan és/vagy mechanikusan mozgatják egymáshoz képest. Az implantáció legtöbb alkalmazásánál magasszintű követelményeknek kell eleget tenni a kialakítandó réteg tulajdonságai érdekében. Ennek következtében a mai implanterek költséges, precíziós nagyfeszültségű tépegységeket, tömegszeparációt, költséges ionoptikát tartalmaznak. A nemzetközi piacon kínált berendezések ezeknek a követelményeknek igyekszenek maximális mértékben megfelelni. Ez a tény tükröződik a berendezések árában is. Az utóbbi évek technológiai kutatásai sok olyan alkalmazási területet tártak fel, ahol a fenti szigorú követelmények enyhíthetők lennének (pl. nincs szükség monoenergetikus ionnyalábra). A felhasználók ilyen alkalmazások esetén is a meglévő berendezéseik segítségével végzik a besugárzás, implantáció műveletét és emiatt túlhatározott paraméterekkel dolgoznak. Ez a drága berendezések miatt a műveletekre vetített költségek aránytalan növekedését eredményezi. Ez természetszerűen gátolja az ilyen eljárások széleskörű elterjedését. A precíziós követelmények kielégítésének költségvonzata következtében a mai iparban használt implanterek maximális gyorsítófeszültsége 200-250 kV, és a konkrét felhasználói területtől függően mintegy 100 pA, illetve mintegy 10 mA ionáramot szolgáltatnak. Az implantációnak kétféle hatását használják ki, egyrészt a belőtt ionok segítségével kézben tartott adalékolást, ötvözést lehet végezni, másrészt az ionok energiája a céltárgy anyagszerkezetét változtatja meg a fékeződés során. Ez utóbbi hatást, amennyiben károsnak minősítik, utólagos hőkezelésekkel korrigálják Ez a korrekció végbemehet egyensúlyi folyamatok eredményeképpen (pl. kemencékben végzett hőkezelés) vagy nemegyensúlyi, impulzusszerű kezelés hatására (lézerek, elektron-, ill. ionimpulzusok). Ez utóbbi esetben ún. metastabil állapotok is előállhatnak. Az adalékoláson túlmenően a belőtt ionok energiája révén nem egyetlen elemből felépülő céltárgy esetén a felületi rétegek kémiai összetétele is megváltozhat. A találmány szempontjából meg kell említeni a gyorsítóberendezések egy további családját. Ezeket az egyedi ionimpulzusokat szolgáltató berendezéseket főként a fúziós kutatás céljaira használják, de kísérletek történtek ezek szilárdtestfizikai hatásainak felderítésére, alkalmazhatóságuk kiderítésére. Ezek a berendezések Marx-generátor által táplált, mágnesesen szigetelt vákuumdiódákon alapulnak. A kívánt ionokat a dióda anódjának bevonataként alkalmazott szigetelő anyag megválasztásával biztosítják. Egy ilyen típusú ismert berendezés felépítését és működését később az 1. ábra alapján részletesebben ismertetjük. Az ilyen gyorsítók nem rendelkeznek tömegszeparálással és a keletkező ionok nem monoenergetikusak. Az impulzusszerű üzem - elvben - lehetővé tenné az önkihevítő implantáció elvégzését is, de az egyetlen (esetleg néhány) impulzus számottevő adalék mennyiség bevitelét gazdaságos idő alatt nem biztosítja, és az eljárás ily módon szilárdtest-technológiai szempontból csak hőkezelési célokra lehet alkalmas. Ilyen elven működő, szilárdtest technológiai berendezés kifejlesztését még nem publikálták. A találmánnyal a célunk olyan eljárás és berendezés létrehozása, amellyel a tömegszeparációt és monoenergetikus ionnyalábot nem igénylő feladatok olcsó és gyors megoldása válik lehetővé. Egyidejűleg a gyorsító energia növelésének gazdasági korlátái is feloldódnak. Az eljárás alkalmas lehet önkihevitő adalékolásra is, amennyiben egy impulzus energiája meghaladja a target anyagra és a beeső ionokra jellemző küszöbértéket. A találmány alapja egyrészt az a felismerés, hogy sok ionbombázásos feladat a minőség rontása nélkül megoldható nem tömegszeparált és nem monoenergetikus ionok segítségével, másrészt a találmány szerinti berendezés egy önmagában ismert berendezés továbbfejlesztése szilárdtest-technológiai célokra. A találmány szerinti eljárás során az ionbesugárzást repetitív impulzusokkal végezzük. A javasolt berendezésben egy töltőegység egyik kimenete lökésgerjesztő egyik bemenetére, másik kimenete egy forrásmágnes energiatároló egyik bemenetére van kapcsolva. A forrásmágnes energiatároló másik bemeneté egy gyújtó tápegység kimenetével van öszszekötve. A forrásmágnes energiatároló kimenete egy indító egység bemenetére csatlakozik, az indító egység egyik kimenete egy ionforrás egyik bemenetére, másik kimenete pedig a lökésgerjesztő másik bemenetére van kapcsolva, és a lökésgerjesztő kimenete az ionforrás másik bemenetével van összekötve. A berendezésnek egy vezérlő egysége van, amelynek egyik kimenete a gyújtó tápegység bemenetére, másik kimenete pedig a töltőegység bemenetére csatlakozik. A töltőegység áramgenerátorokat tartalmaz, és a töltőegység egy további kimenete egy feszültségkorlátozó egység bemenetére, ennek kimenete pedig a vezérlő egység egyik bemenetére van kapcsolva. Az ionforrás kimenete egy target-egység bemenetével, ennek kimenete pedig egy implantálást ellenőrző egységen át a vezérlő egység másik bemenetével van összekötve, és a lökésgerjesztő másik kimenete egy implantert ellenőrző egység bemenetére csatlakozik. Ennek megfelelően több feladatra is jól használható, repetitív impulzusokkal működő besugárzó berendezés állt elő, lényegesen kisebb költséggel, mint a hasonló célra használt, vagy elvben felhasználható berendezések. Ez a készülék gyárthatóságát is nagymértékben leegyszerűsíti. Az ismert és a találmány szerinti berendezést rajz alapján ismertetjük. A rajzon az 1. ábra : az ismert plazma gerjesztő egység blokkvázlata, és a 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
