ИЯФ СО РАН разработал первое в России устройство для создания сильноточных ионных имплантеров, необходимых в микроэлектронике

 (https://www.inp.nsk.su/novostipresse/34974-razrabotano-pervoe-v-rossii-ustrojstvo-dlya-sozdaniya-silnotochnykh-ionnykh-implanterov-neobkhodimykh-v-mikroelektronike)

Последние 30 лет микроэлектронная промышленность всего мира развивается благодаря имплантерным технологиям – они позволяют внедрять в поверхность кремниевой пластины легирующие добавки различных примесей (бора, фтора, мышьяка), создавая тем самым структуры с заданными характеристиками

ИЯФ имеет большой опыт в создании различных ионных источников, которые в свое время разрабатывались и создавались в Институте для полупроводниковой промышленности, а также для экспериментов в области физики плазмы, и для развития методов ускорительной масс-спектрометрии

Например, в 90-е г. XX в. в ИЯФ разрабатывали целую линейку протонных источников по заказу Министерства электронной промышленности

Именно с ионных источников, созданных в Институте для экспериментов в области физики плазмы и управляемого термоядерного синтеза, в России началось развитие метода ускорительной масс-спектрометрии, благодаря которому сегодня с высокой точностью производится датировка археологических и геологических объектов

Имплантерные ионные источники ИЯФ будут использоваться для развития современных отечественных ионных имплантеров, первые проекты которых уже реализуются в коллаборации с предприятиями Зеленограда: НИИТМ и НИИМЭ

Со стороны АО НИИТМ поступило предложение разработать и изучить касповый ионный источник, который может создавать ленточные пучки шириной вплоть до двух метров и не требует внешнего магнитного поля. Ленточные пучки тяжелых ионов имеют преимущества перед круглыми пучками, обеспечивая в разы более высокий предел объемного заряда, что необходимо для сильноточных имплантеров. Также они обеспечивают точное легирование путем механического сканирования подложки ионным пучком в одном измерении

В настоящее время в имплантерах используются ионные источники Фримана и Бернаса

Они работают в магнитном поле, создаваемом внешним магнитом, вес которого растет в кубической зависимости от ширины ленточного пучка и может достигать многих сотен килограммов

Расположение такой конструкции под потенциалом в сотни киловольт и даже мегавольта становится весьма проблематичным

Идея создать конструкцию ленточного источника ионов, сочетающую в себе модифицированную ловушку Пеннинга с системой магнитного удержания, которая позволяет расширить пучок до нескольких метров, сохраняя линейную плотность тока около 10 мА/см, показалась специалистам ИЯФ привлекательной, и они приступили к выполнению задачи

Поскольку описание такого источника было представлено только одной лабораторией и не было подтверждения в печати другими авторами его работоспособности, а идея выглядела весьма привлекательной, в феврале 2024 г. мы начали проектирование, изготовление и исследование такого источника с шириной эмиссионной щели 5 см. Была также спроектирована и изготовлена ионно-оптическая система для формирования ленточного пучка

Первоначально их интересовало, может ли такой источник обеспечить равномерную эмиссию, то есть равномерное испускание электронов с поверхности твердого тела при его бомбардировке ионами, вдоль эмиссионной щели

Для такого измерения мы разработали и изготовили измерительное устройство, профилометр, и 2 декабря 2024 г. провели измерение с пучком ионов аргона. При этом были исследованы различные режимы работы источника. Получен прекрасный результат: эмиссия вдоль щели равномерна, и это открывает возможность разработки такого источника с любой шириной ленточного пучка. Отмечу, что в экспериментах мы не стремились получить максимально возможный ионный ток, но уже сейчас он выдает ~ 20 мА при извлекающем потенциале 6 кВ, что вполне приемлемо. Направление дальнейшей разработки каспового источника зависит от конкретных требуемых параметров ионного пучка. В высоковольтных имплантерах, таких как разрабатываются в ИЯФ, то есть с энергией ионов ~ 1 Мэв, разработанный тип источника предпочтителен, когда не требуется предельно большой ток ионов, (который при такой энергии может разрушить кремниевую пластину), и применения внешнего магнита