[发明专利]一种基于固态电解质的氧离子源、离子注入机及其在制备SOI晶片中的应用

权利要求书

1.一种基于固态电解质的氧离子源，其特征在于，包括氧离子发生器，由石英管及位于所述石英管外侧的加热器和吸出电极构成；所述石英管内设有一端开口、一端椭球形闭合的固态电解质陶瓷管，所述固态电解质陶瓷管的闭合端延伸至所述石英管内；所述吸出电极与所述固态电解质陶瓷管的闭合端相对设置；所述固态电解质陶瓷管与所述石英管通过绝缘/真空塞密封连接并与吸出电极共同形成真空腔室；所述固态电解质陶瓷管的闭合端内壁涂敷有贵金属阴极；所述贵金属阴极与外部电源负极相连，所述吸出电极与外部电源正极相连；所述固态电解质陶瓷管的开口端设有插入式热电偶和进气口。

2.根据权利要求1所述的一种基于固态电解质的氧离子源，其特征在于，所述固态电解质陶瓷管由三价稀土元素掺杂的氧化锆ZrO₂或者氧化铈CeO₂粉体通过注塑成型加工制成，所述管壁厚度为3-6mm；优选为三价稀土元素掺杂的氧化铈CeO₂；更优选地，所述三价稀土元素选自钪Sc、钇Y、镧La、镨Pr、钕Nd、钐Sm、铕Eu、钆Gd、铽Tb、镝Dy、钬Ho、铒Er、铥Tm、镱Yb、镥Lu中的至少任一种。

3.根据权利要求2所述的一种基于固态电解质的氧离子源，其特征在于，所述固态电解质陶瓷管的椭球形闭合端的外表面为微观表面粗糙的结构；优选地，所述椭球形闭合端的外表面的表面粗糙度Ra值为200-500nm。

4.根据权利要求1所述的一种基于固态电解质的氧离子源，其特征在于，所述贵金属阴极为铂系贵金属阴极；优选地，所述铂系贵金属选自钌Ru、铑Rh、钯Pd、锇Os、铱Ir、铂Pt中的至少任一种。

5.根据权利要求1所述的一种基于固态电解质的氧离子源，其特征在于，所述吸出电极为铂系贵金属薄片；优选地，所述铂系贵金属选自钌Ru、铑Rh、钯Pd、锇Os、铱Ir、铂Pt中的至少任一种；所述吸出电极的中间位置具有引出离子束的引出孔，优选地，所述引出孔的直径为1-2mm。

6.根据权利要求5所述的一种基于固态电解质的氧离子源，其特征在于，所述吸出电极为平板或椭球形，优选为椭球形。

7.根据权利要求1所述的一种基于固态电解质的氧离子源，其特征在于，所述加热器为至少一组红外辐射加热器，功率为1500-2500W，将固态电解质的温度控制在700℃-1100℃；优选地，在离子源工作时，其内部真空度小于10^-4Pa。

8.根据权利要求1所述的一种基于固态电解质的氧离子源，其特征在于，所述贵金属阴极和吸出电极之间电压为0-20kV可调，用于调节电场强度。

9.一种离子注入机，其特征在于，采用权利要求1-8任一项所述的基于固态电解质的氧离子源，还包括加速电极、磁四级离子聚焦透镜、离子注入靶盘和束流积分仪，但不包括磁分析器；优选地，所述加速电极为铂系贵金属薄片，所述铂系贵金属选自钌Ru、铑Rh、钯Pd、锇Os、铱Ir、铂Pt中的任一种；所述加速电极的中间位置具有引出离子束的引出孔，优选地，所述引出孔的直径为1-2mm。

10.权利要求9所述的离子注入机在制备SOI晶片中的应用；优选地，所述离子注入机在800-1100℃的温度下通过固态电解质表面发射出50-100μA的负氧离子束，在经过吸出电极和加速电极的共同作用获得50-220kV的加速电压，注入到硅衬底表面以下100-400nm的深度，再经后续高温退火处理，获得SOI晶片。