Малоинформативный масс-спектр – присутствуют лишь пики молекулярного иона и его «мультимеров» - частиц, состоящих из нескольких молекул образца с зарядом +1.
Долгая пробоподготовка и необходимость подбора условий под образец - подбирать вещество для матрицы
Радиус траектории движения ионов в приборе.
Через камеру масс-анализатора, которая помещена в однородное поперечное магнитное поле, пучок проникает и разбивается на ионные «лучи», которые различаются между собой отношением массы к их заряду. В приборах масс-спектрометров магнитное однородное поле секторного типа, которое производится электромагнитом с полюсными наконечниками, создает фокусировку каждой из составляющих ионного «луча» по его направлению.
Магнитный секторный анализатор масс
Хронологически первым анализатором масс был магнитный, принцип работы которого заключается в следующем: вылетающие из источника ионов заряженные частицы попадают в магнитное поле анализатора, силовые линии которого направлены перпендикулярно движению частиц;
под действием магнитного поля траектория движения частиц искривляется и каждый из ионов начинает двигаться по окружности, радиус которой пропорционален величине отношения массы частицы к ее заряду m/z. Ионы с меньшим значением m/z отклоняются сильнее, чем более тяжелые
Рис. 3.1. Действие магнитного поля на траекторию движения ионов
Принципиальная схема устройства магнитного секторного анализатора масс представлена на рис. 3.2.
Рис. 3.2. Схема масс-спектрометра с магнитным секторным анализатором: 1 – источник ионов; 2 – выходная фокусирующая щель источника ионов; 3 – ионный луч; 4 – магнит; 5 – щель коллектора; 6 – детектор ионов
Ионы исследуемых соединений, образовавшиеся в источнике ионов, выводятся оттуда благодаря системе электродов и ускоряются потенциалом V (2–8 кВ) по направлению к анализатору, приобретая при этом одинаковую кинетическую энергию, равную zV (где z – заряд иона).
3. Системы сканирования ионного пучка в установке ионного легирования.
Устройства сканирования ионного пучка предназначены для того. чтобы сфокусированный ионный луч направлять в нужное место полупроводниковой пластины по заданной программе. В различных установках ИЛ применяют три способа сканирования: полное механическое, полное электростатическое и гибридное. При полном механическом сканировании ионный луч остается неподвижным относительно подложки, а последняя перемещается по отношению к нему в вертикальном и горизонтальном направлениях. Полное электростатическое сканирование представляет собой перемещение ионного луча по поверхности неподвижной пластины. При гибридном сканировании луч сканируется в одном направлении, а подложка перемещается в другом.
Механическое сканирование осуществляется каруселью или другими механизмами. Достоинство этого метода—постоянство угла падения ионного пучка на поверхность подложки; недостаток – сложность механизма для перемещения подложки, наличие подвижных частей, требующих смазки.
Электростатическое сканирование применимо в широком диапазоне энергий ионов. Этот метод обеспечивает высокую однородность легирования и эффективен при индивидуальной обработке подложек. В электростатических системах сканирования увеличение сечения пучка ионов требует увеличения напряжения, прикладываемого к пластинам сканирования. Электростатическое сканирование используют в слаботочных установках с индивидуальной обработкой подложек. Ионный пучок перемещается в плоскостях x и у с частотой от 100 до 500 и от 1000 до 4000 Гц соответственно, что создает
равномерность легирования. Недостаток электростатического сканирования – необходимость увеличения общей длины установки
для обеспечения однородности легирования больших по диаметру
пластин.
Рис.3.1. Компоновка установок ионной имплантации с системой электростатического сканирования ионного пучка:
а – малых и средних доз; б – с разделением ионов по массам после ускорения
1 – источник ионов; 2 – система вытягивания и первичного формирования пучка; 3 – магнитный масс-сепаратор; 4 – высоковольтный модуль; 5 – регулируемая диафрагма; 6 – система ускорения; 7 – фокусирующая линза; 8 – пластины электростатического сканирования; 9 – приемная камера.
Различные системы механического и комбинированного сканирования, применяемые в установках для групповой обработки подложек, изображены на рис. 3.3.
Механическая система сканирования, показанная на рис. 3.3, а,
представляет собой колесо с закрепленными на нем полупроводниковыми подложками, совершающее возвратно-поступательное со
скоростью v и вращательное с угловой скоростью ω движение относительно пучка ионов. При такой системе получают постоянный
угол имплантации. Недостаток системы – сложность перемещения
колеса.
Механическая система сканирования, изображенная на рис. 3.3, б,
перемещает подложки, расположенные на конвейере, движущемся
по овальной траектории, в горизонтальной и вертикальной (вверх-вниз) плоскостях относительно пучка ионов. Эта система обеспечивает постоянный угол имплантации и скорость движения подложек.
Недостатки ее – низкая скорость сканирования по вертикали, сложность конструкции и необходимость использовать устройство, работающее в условиях вакуума, что ухудшает вакуум.
Рис. 3.3. Системы механического (а–г) и комбинированного (д, е) сканирования:
1 – пучок ионов; 2 – полупроводниковые подложки; 3 – колесо; 4 – конвейер; 5 – основание; 6 – лента; 7 – диск
Механическая система, приведенная на рис. 1.3, в, представляет собой плоское основание с закрепленными на нем полупроводниковыми подложками и совершает возвратно-поступательное движение сверху вниз и справа налево, что не обеспечивает необходимой скорости перемещения подложек и снижает производительность установки. В механической системе сканирования, широко применяемой в сильноточных установках (рис. 3.3, г), по периферии быстровращающегося диска, одновременно линейно перемещаемого с небольшой скоростью, по радиусу расположены подложки. Однородность легирования получают, изменяя плотность пучка или скорость линейного перемещения диска при сохранении его частоты вращения.
Список источников информации:
1… РОСВАКУУМ-https://vacuumpro.ru/vakuummetr/teplovoj/konstrukciya
2… Казанский федеральный университет ,оф. Сайт https://kpfu.ru/portal/docs/F2036653068/4..Mass_spektrometriya.pdf
3… Комаров, Ф. Ф.Ионная и фотонная обработка материалов : учебное пособие / Ф. Ф. Комаров, С. В. Константинов. – Минск : Вышэйшая школа, 2022. – 246 с.: ил.