[发明专利]一种等离子体浸没注入剂量的检测装置

说明书

技术领域

本发明属于等离子体技术领域，具体为一种等离子体浸没注入设备中，标定和测试等离子体注入剂量的附属装置。

背景技术

等离子体浸没注入技术为上世纪80年代产生的一种新型离子注入技术，广泛应用于材料表面改性和半导体材料制备等领域。等离子体浸没注入设备改变了传统离子束状注入的视线特性，受到了广泛的应用和发展。等离子体浸没注入设备如附图1所示，主要包括为等离子体射频源，真空腔体以及高压电源三大部分。在离子注入时，射频源耦合腔内气体电离产生等离子体，而加在靶台上的负高压电源加速了等离子体往靶台的运动，从而注入到样品工件表面。与传统束状离子注入相比，离子加速直接注入到栅极靶台上。等离子体浸没注入技术相对于传统于束状离子注入有着批量化、高效且易于处理异型工件的诸多优势，使其在材料表面改性和半导体材料制备等领域越来越得到重视和应用。

然而等离子浸没注入技术存在着一些自身缺陷，如离子注入剂量的标定和控制困难，使得该技术存在着一定的局限性。由于等离子体浸没注入剂量受到诸多参数的影响，如离子注入类型，靶台材料以及射频源耦合功率，注入电压的大小和类型等等，因此目前还缺乏准确标定等离子体注入剂量的方法。

目前为止，有一些研究关于等离子体浸没注入的理论模型。从Child公式以及离子壳层模型，推导等离子体浸没注入的剂量。以脉冲方波电压为例，如果注入电压大小为V，脉冲频率为f，脉冲宽度为t_p，则在时间t内，单位面积的离子注入剂量公式为

Dtotal=(23)1/321/2ϵ01/3tfe-1/6n02/3m-1/6V1/2tp1/3---(1)]]>

上式中，ε₀为真空介电常数，e和m为注入离子的电量和质量，n₀为等离子体密度，而t，f，V，t_p等可以通过实验参数精确控制。

上述方法首先假定在靶台表面存在着恒定均匀的电场，等离子漂移和扩散严格满足离子壳层模型，另在腔体内部的等离子体密度恒定为n₀，这些假设均使剂量的标定有一定的误差。准确测定等离子体密度n₀十分困难繁琐，目前主要采用的离子色谱法以及Langmuir双探针系统来测量等离子体密度都存在很大误差，测量时在腔体的不同位置变化(如腔体的轴向和径向位置变化)，都会使n₀产生极大的波动。此外n₀受到气体类型和耦合功率等多个参数的影响，当注入参数改变时需要重新测定n₀，使得此方法繁杂而不可行。