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離子注入機的工作原理是什么？

來源：上海麥科威半導體技術有限公司 2025年07月27日 17:02

　　離子注入機的工作原理主要涉及一系列精密的物理過程，其核心在于將帶電離子加速并精確地注入到目標材料中，以實現材料的摻雜或改性。以下是離子注入機工作原理的詳細解釋：

　　一、主要組成部分及功能

　　1.離子源：

　　-功能：用來產生離子的裝置。

　　-原理：通過鎢燈絲、射頻或微波等技術，將摻雜源（如BF?、PH?等）進行離子化，形成具有一定動能的正離子束。

　　2.磁分析器：

　　-功能：根據離子的荷質比（電荷量與質量的比值）進行分離，以選出所需的摻雜離子。

　　-原理：利用不同荷質比的離子在磁場中運動軌跡的差異，將離子分離。

　　3.加速管或減速管：

　　-功能：對從磁分析器選出的離子進行加速或減速，使其獲得所需的能量。

　　-原理：離子在靜電場作用下，經過加速或減速電極后獲得所需能量。

　　4.聚焦和掃描系統：

　　-功能：確保離子束能夠均勻地覆蓋目標材料表面。

　　-原理：離子束離開加速管后，先通過靜電聚焦透鏡聚焦，再進入偏轉系統進行掃描。

　　5.工藝腔（靶室和后臺處理系統）：

　　-功能：容納硅片并允許離子束注入，同時監測注入的離子數量。

　　-組成部分：包括真空排氣系統、裝卸硅片的終端臺、硅片傳輸系統和計算機控制系統。

　　二、工作流程

　　1.離子產生：在離子源中，通過特定的技術將摻雜源離子化，形成離子束。

　　2.離子篩選：磁分析器根據離子的荷質比將離子分離，選出所需的摻雜離子。

　　3.離子加速/減速：選出的離子經過加速管或減速管，獲得所需的能量。

　　4.離子聚焦與掃描：離子束通過聚焦和掃描系統，確保均勻地覆蓋目標材料表面。

　　5.離子注入：離子束進入工藝腔，轟擊硅片表面，將離子注入到硅片內部。

　　三、離子注入的物理機制

　　當高能離子穿透材料表面時，會與材料中的原子核和電子發生碰撞，損失能量。這些碰撞包括彈性碰撞（核阻止）和非彈性碰撞（電子阻止）。最終，離子在材料中的停留位置由其初始能量、質量及靶材性質共同決定，形成近似高斯分布的摻雜濃度剖面。

　　四、應用領域

　　離子注入技術廣泛應用于半導體制造、航空航天、生物醫學、光學器件等領域。在半導體制造中，它是實現精確摻雜和控制器件性能的關鍵工藝之一。

　　離子注入機的工作原理涉及多個精密的物理過程，包括離子的產生、篩選、加速/減速、聚焦與掃描以及注入。這些過程共同確保了離子能夠精確地注入到目標材料中，實現材料的摻雜或改性。

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