半導(dǎo)體離子注入--石墨部件

時(shí)間：2024-09-14作者：臺(tái)州市鴻奈德碳素制品有限公司瀏覽：303

離子注入技術(shù)又是近30年來在**上蓬勃發(fā)展和大量應(yīng)用的一種材料表面改性高

新技術(shù)。其基本原理是：用能量為100keV量級(jí)的離子束入射到材料中去，離子束與材料中的原子或分子將發(fā)生一系列物理的和化學(xué)的相互作用，入射離子逐漸損失能量，后停留在材料中，并引起材料表面成分、結(jié)構(gòu)和性能發(fā)生變化，從而優(yōu)化材料表面性能，或獲得某些新的優(yōu)異性能。 [1] 此項(xiàng)**由于其*特而的優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在半導(dǎo)體材料摻雜，金屬、陶瓷、高分子聚合物等的表面改性上獲得了為廣的應(yīng)用，**了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。


浙江鴻奈德碳素被大量應(yīng)用在半導(dǎo)體離子注入、蝕刻等領(lǐng)域，對材料要求穩(wěn)定、損耗小、石墨的高致密結(jié)構(gòu)、各向同性以及高的純度將使用過程產(chǎn)生的Particle減少到低程度。

應(yīng)用

在電子工業(yè)中，離子注入成為了微電子工藝中的一種重要的摻雜技術(shù)，也是控制MOSFET閾值電壓的一個(gè)重要手段。因此在當(dāng)代制造大規(guī)模集成電路中，可以說是一種**的手段。
離子注入的方法就是在真空中、低溫下，把雜質(zhì)離子加速（對Si，電壓≥105 V），獲得很大動(dòng)能的雜質(zhì)離子即可以直接進(jìn)入半導(dǎo)體中；同時(shí)也會(huì)在半導(dǎo)體中產(chǎn)生一些晶格不足，因此在離子注入后需用低溫進(jìn)行退火或激光退火來去除這些瑕疵。離子注入的雜質(zhì)濃度分布一般呈現(xiàn)為高斯分布，并且濃度高處不是在表面，而是在表面以內(nèi)的一定深度處。
離子注入的優(yōu)點(diǎn)是能精確控制雜質(zhì)的總劑量、深度分布和面均勻性，而且是低溫工藝（可防止原來雜質(zhì)的再擴(kuò)散等），同時(shí)可實(shí)現(xiàn)自對準(zhǔn)技術(shù)（以減小電容效應(yīng)）。

高能離子注入的優(yōu)勢
多樣性：原則上任何元素都可以作為注入離子；形成的結(jié)構(gòu)可不受熱力學(xué)參數(shù)（擴(kuò)散、溶解度等）限制；
不改變：不改變工件的原有尺寸和粗糙度等；適合于各類精密零件生產(chǎn)的末端一道工序；
牢固性：注入離子直接和材料表面原子或分子結(jié)合，形成改性層，改性層和基底材料沒有清晰的界面，結(jié)合牢靠，不存在脫落的現(xiàn)象；
不受限：注入過程在材料溫度**零下、高到幾百上千度都可以進(jìn)行；可對那些普通方法不能處理的材料進(jìn)行表面強(qiáng)化，如塑料、回火溫度低的鋼材等；

介紹

M EVVA源是金屬蒸汽真空弧離子源的縮稱。這是上世紀(jì)80年代中期由美國加州大學(xué)伯克利分校的布朗博士由于核物理研究的需要發(fā)明研制成功的。這種新型的強(qiáng)流金屬離子源問世后很快就被應(yīng)用于非半導(dǎo)體材料離子注入表面改性，并引起了強(qiáng)流金屬離子注入的一場革命，這種*特的離子注入機(jī)被稱為新一代金屬離子注入機(jī)。
優(yōu)點(diǎn)
(1)對元素周期表上的固體金屬元素(含碳)都能產(chǎn)生10毫安量級(jí)的強(qiáng)束流；
(2)離子純度取決于陰材料的純度，因此可以達(dá)到很高的純度，同時(shí)可以省去昂貴而復(fù)雜的質(zhì)量分析器；
(3)金屬離子一般有幾個(gè)電荷態(tài)，這樣可以用較低的引出電壓得到較高的離子能量，而且用一個(gè)引出電壓可實(shí)現(xiàn)幾種能量的疊加(離子)注入；
(4)束流是發(fā)散的，可以省去束流約束與掃描系統(tǒng)而達(dá)到大的注入面積。其革命性主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是它的高性能，另一是使離子注入機(jī)的結(jié)構(gòu)大大簡化，主要由離子源、靶室和真空系統(tǒng)這三部分組成。

發(fā)展

在863計(jì)劃的大力支持下，經(jīng)過十多年的研究和開發(fā)，M EVVA源金屬離子注入表面技術(shù)在硬件(設(shè)備)和軟件(工藝)兩方面均已**了重要的突破和進(jìn)展，并已具備了實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的基礎(chǔ)。在設(shè)備方面，完成了M EVVAIIA-H、MEVVAII-B和MEVVA50型3種不同型號(hào)M EVVA源的研制，主要性能達(dá)到****水平。僅“九五”期間，就已先后為閩臺(tái)地區(qū)、中國香港地區(qū)和國內(nèi)大學(xué)研究所和工廠生產(chǎn)了15臺(tái)M EVVA源離子注入機(jī)或M EVVA源鍍膜設(shè)備。
M EVVA源離子注入機(jī)的應(yīng)用，使強(qiáng)流金屬離子注入變得較簡便、較經(jīng)濟(jì)，效率大大提高，十分有利于這項(xiàng)**的產(chǎn)業(yè)化。在表面優(yōu)化工藝方面，鋼制切削工具、模具和精密運(yùn)動(dòng)耦合部件3大類、7個(gè)品種的M EVVA源離子注入表面處理，**了延壽3-30倍的優(yōu)化效果，并已通過委級(jí)技術(shù)鑒定，成果屬****水平。

應(yīng)用

這項(xiàng)高新表面處理技術(shù)的優(yōu)越性、實(shí)用性及其廣闊的市場前景已被越來越多的部門和單位所賞識(shí)，得到越來越廣的應(yīng)用。根據(jù)多年來的研究與開發(fā)，同時(shí)借鑒**上的新進(jìn)展，

M EVVA源金屬離子注入特別適用于以下幾類工模具和零部件的表面處理：
(1)金屬切削工具(包括各種用于精密加工和數(shù)控加工中使用的鉆、銑、車、磨等工具和硬質(zhì)合金工具)，一般可以提高使用壽命3-10倍；
(2)熱擠壓和注塑模具，可使能耗降低20%左右，延長使用壽命10倍左右；
(3)精密運(yùn)動(dòng)耦合部件，如抽氣泵定子和轉(zhuǎn)子，陀螺儀的凸輪和卡板，活塞、軸承、齒輪、渦輪渦桿等，可大幅度地降低摩擦系數(shù)，提高性和耐蝕性，延長使用壽命多可以達(dá)到100倍以上；
(4)擠壓合成纖維和光導(dǎo)纖維的精密噴嘴，可以大大提高其抗磨蝕性和使用壽命；
(5)半導(dǎo)體工業(yè)中的精密模具，罐頭工業(yè)中的壓印和沖壓模具等，可提高這些貴重、精密模具的工作壽命；
(6)醫(yī)用矯形修復(fù)部件(如鈦合金人工關(guān)節(jié))和手術(shù)器具等，其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益非常好。

技術(shù)

這項(xiàng)高技術(shù)是一個(gè)方興未艾的新興產(chǎn)業(yè)，硬件設(shè)備的處理能力和效率有待進(jìn)一步提高，在軟件(離子注入材料表面改性技術(shù))方面，也有待進(jìn)一步深化和細(xì)化，其應(yīng)用范圍也有待不斷擴(kuò)大。
國內(nèi)外發(fā)展概況美國的I SM Tech.公司是**上生產(chǎn)M EVVA源離子注入機(jī)的專業(yè)公司，在綜合技術(shù)水平上處于**良好。上世紀(jì)90年代以來先后研制生產(chǎn)了幾種不同類型的商用M EVVA源離子注入機(jī)。一種多M EVVA源離子注入機(jī)，在真空室里配備了4臺(tái)AVIS80-75MEV- VA源，總束流可達(dá)300mA，總束斑面積可打12，000cm2，是目前世界上束流強(qiáng)的M EVVA源離子注入機(jī)。歐美工業(yè)發(fā)達(dá)的離子注入表面處理技術(shù)這一新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況良好，如美國的S PIRE公司和ISM Tech.公司、英國的A EA Industrial Tech.，Tec Vac和Tech-Ni-Plant、法國的N itruvid和IBS、西班牙的INASMET和AIN、德國的M AT和丹麥D TI Tribology Centre等均已經(jīng)**了可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，起了很好的**作用。他們已經(jīng)將金屬離子注入的費(fèi)用降低到$0.05-0.5/cm2的水平，可以被包括醫(yī)療、航空、航天、機(jī)械等廣的領(lǐng)域和部門所接受。

非半導(dǎo)體

非半導(dǎo)體材料離子注入表面改性研究對離子注入機(jī)提出了一些新的要求。半導(dǎo)體材料的離子注入所需的劑量（即單位面積上打進(jìn)去了多少離子，單位是：離子/平方厘米）比較低，而所要求的純度很高。非半導(dǎo)體材料離子注入表面改性研究所需的劑量很高（比半導(dǎo)體材料離子注入高1000倍以上），而純度不要求像半導(dǎo)體那么高。
在非半導(dǎo)體材料離子注入表面改性研究的初始階段，主要是沿用半導(dǎo)體離子注入機(jī)所產(chǎn)生的氮離子束來進(jìn)行。這主要是因?yàn)榈葰怏w離子在適用于半導(dǎo)體離子注入的設(shè)備上容易獲得比較高的離子束流。氮離子注入在金屬、硬質(zhì)合金、陶瓷和高分子聚合物等的表面改性的研究與應(yīng)用中**了引人注目的成功。因此這個(gè)階段被稱為氮離子注入階段。
金屬離子注入是新一代的材料表面處理高技術(shù)。它利用具有很高能量的某種金屬元素的離子束打入固體材料所引起的一系列物理的與化學(xué)的變化，來改善固體材料的某些表面性能。研究結(jié)果表明，金屬離子注入在非半導(dǎo)體材料離子注入表面改性研究與應(yīng)用中效果較加明顯，應(yīng)用范圍較加廣，許多氮離子注入無法實(shí)現(xiàn)的，金屬離子注入可以很好地實(shí)現(xiàn)。但是，基于半導(dǎo)體離子注入需要的傳統(tǒng)離子注入機(jī)，要想獲得比較強(qiáng)束流的金屬離子束是比較困難的，進(jìn)行非半導(dǎo)體材料離子注入表面改性所需的費(fèi)用也是比較昂貴的。


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• 詞條

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