12月25日,俄羅斯以 G.I. Budker SB RAS 命名的核物理研究所發表文章成功創建了尖點離子源的原型,即具有尖狀磁場結構。
在過去的三十年里,微電子工業的蓬勃發展離不開注入機技術的推動。離子注入機作為關鍵設備,通過將各種雜質(如硼、氟、砷等)的合金添加劑引入到硅晶片表面,創建出具有指定特征的結構。而離子源作為離子注入機的核心部件之一,其性能直接決定了注入機的效率和質量。
BINP SB RAS在離子源研發方面擁有豐富的經驗,曾成功開發出多種類型的離子源,不僅應用于半導體工業,還涉及等離子體物理、加速器質譜方法等多個領域。此次創建的尖點離子源,具有尖狀磁場結構,實驗證明,該設備能夠使用任何寬度的帶狀離子束,確保雜質的高質量沉積,非常適合創建微電子學所需的高電流注入機。
據BINP SB RAS首席研究員、物理和數學科學候選人謝爾蓋·康斯坦丁諾夫介紹,尖點離子源的設計靈感來源于將改進的潘寧陷阱與磁約束系統相結合的想法,這一創新設計使得束流可以擴展到幾米,同時保持約10 mA/cm的線性電流密度。與現有的Freeman和Bernas離子源相比,尖點離子源無需外部磁場,大大減輕了設備的重量和復雜性。
為了驗證尖點離子源的性能,BINP SB RAS的專家們開發并制造了一種測量裝置——輪廓儀,并于2024年12月2日用氬離子束進行了測量。實驗結果顯示,沿著狹縫的發射是均勻的,這標志著開發具有任何寬度的帶狀束的源成為可能。目前,尖點離子源在6 kV的提取電勢下已能產生約20 mA的電流,性能表現優異。
此外,BINP SB RAS還于2024年創建了注入機離子源青年實驗室,旨在聯合等離子體物理、加速器物理和電力電子領域的專家,共同推動注入機技術的發展。實驗室的首批項目已與Zelenograd企業(JSC NIITM和JSC NIIME)合作實施,將BINP SB RAS的注入離子源應用于現代家用離子注入機的開發。
俄羅斯科學院核物理研究所首席研究員 博士謝爾蓋·康斯坦丁諾夫 (Sergei Konstantinov) 在尖點離子源旁邊。攝影:T. Morozova
謝爾蓋·康斯坦丁諾夫表示,尖點離子源的進一步發展方向將取決于離子束的具體所需參數。在高壓注入機中,如BINP正在開發的注入機,離子能量約為1 MeV,當離子電流極高(在這種能量下可能破壞硅晶片)時,尖點離子源將無需使用外部磁鐵。