Электронное облучение

Электроны с энергией, меньшей 200 кэВ, взаимодействуют с решеткой неупруго, а при большей энергии могут вызывать смещения атомов из узлов решетки.

Для проведения смещения электроны из-за их малой массы должны двигаться с релятивистскими скоростями. При этом электрон проникает через электронную оболочку атома, испытывая кулоновское взаимодействие как с электронами, так и с ядрами.

Энергия Еа, передаваемая атому массой М при упругом взаимодействии с электронами с энергией Ее и массой m определяется соотношением:

Е_а = [2(Е^е+2mс²)/Мс²] Е_еsin² (q/2),

где с – скорость света, q - угол рассеяния (см. рис.39).

е

Рис.39

Максимальная энергия передается при лобовом столкновении и равна:

Е_аmax = [2(Е^е+2mс²)/Мс²] Е_е

Подавляющее число электронов рассеивается на небольшие углы с передачей малых количеств энергии.

Средняя энергия, передаваемая атому электроном, определяется выражением:

Е_{а ср} = Е_аmax *Е_d / (Е_аmax – Е_d) ln (Е_аmax / Е_d),

где Е_d – пороговая энергия смещения атома (для Si Е_d=12,9 эВ).

Эффективность образования смещений зависит также от поперечного сечения упругих резерфордовских столкновений, приводящих к смещению атомов, которое растет с ростом энергии электронов. При этом при энергии частиц, близкой к пороговой (для Si Е_пор=145 кэВ), эффективность образования смещений резко падает. Пробег электронов с энергией 2,5 МэВ в твердых телах (Si – 7 мм, Ge – 4 мм, Cu – 2,4 мм.) значительно превышает толщину кристаллов и стенок корпусов приборов. Это говорит о возможности равномерного введения радиационно-структурных изменений в объем полупроводникового кристалла и, следовательно, о целесообразности использования электронного излучения в технологии изготовления изделий микроэлектроники.

Облучение протонами.

Энергия, передаваемая атому при протонном облучении, описывается выражением:

Е_а = 4 mМ /[(m+М)² ]Е_psin² (q/2),

Максимальная энергия определяется из ыражения:

Е_а = 4 mМ /[(m+М)² ]Е_p

Вероятность рассеяния частиц на большие углы мала, поэтому средняя энергия, передаваемая атому, описывается тем же выражением, что и для электронного облучения. При энергии протона в 2,5 МэВ она равна 130 эВ (Si). Так как эта энергия незначительно превышает пороговую энергию смещения атомов, то в процессе протонного облучения в основном происходят первичные смещения атомов, а вероятность каскадных процессов мала.

Поперечное сечение резерфордовских столкновений падает с ростом энергии частиц, что приводит к снижению количества дефектов при увеличении энергии.

В конце пробега протон захватывает электрон и превращается в атом водорода (энергия процесса около 1 кэВ), который эффективно смещает атомы решетки. При этом в объеме кристалла образуется область с существенно неравномерным распределением дефектов. Когда энергия атома водорода снизится до нуля, он останавливается в кристалле, легируя его.

Пробег протонов в твердом теле значительно меньше, чем электронов (при энергии 2,5 МэВ в кремнии он равен 0,087 мм, в германии – 0,045 мм, в меди – 0,024 мм), поэтому их использование в технологии ограничено (в основном для локального изменения свойств полупроводника).

Облучение нейтронами.

Так как нейтрон не имеет заряда, то он взаимодействует непосредственно с ядром атома мишени. При этом в зависимости от энергии нейтрона взаимодействия могут быть упругими и неупругими.

Дата добавления: 2014-01-04