Легирование ионная имплантация

Концентрация вводимой примеси при использовании таких традиционных термодинамических равновесных методов легирования, как, например, диффузия, не превышает некоторого предела, определяемого растворимостью. В то же время методом ионной имплантации можно ввести в полупроводник практически неограниченное количество примесных атомов. Таким образом, представляется возможным реализовать второй путь, т. е. получить примесную проводимость за счет, введения большой концентрации доноров (или акцепторов). Нам удалось без предварительного снижения плот-366 [c.366]

При сравнении электрохимического поведения сплавов системы Fe- r, полученных объемным легированием и ионной имплантацией, установлено соответствие между дозами ионного легирования хромом и содержанием хрома в железе и показано, что доза 5 10 нон/см при ионном легировании железа хромом соответствует электрохимическому поведению объемно-легированного сплава с 4,9 % Сг, а доза 2 10 ион/см - поведению сплавов, содержащих более 13 % Сг. [c.74]

Анализ экспериментальных данных показывает, что свойства легирующих элементов передаются поверхностным слоям сталей и сплавов при комплексном их легировании методом ионной имплантации. [c.75]

Отмечено отличие и в распределении легирующих элементов для двойных и тройных поверхностно-легированных сплавов. Например, при совместной ионной имплантации хрома и никеля при дозах легирования от 10 до 10 ион/см энергии 50 кэВ и температуре 453 К на кривой распределения хрома наблюдается только один максимум на глубине 50 нм от поверхности, а для никеля на глубине 30 нм. Для поверхностно-легированного в тех же условиях двойного сплава на кривой распределения хрома имеются два максимума непосредственно у поверхности и на глубине 50 нм. [c.76]

ИОННАЯ ИМПЛАНТАЦИЯ (ионное внедрение, ионное легирование) — введение примесных атомов в твёрдо тело бомбардировкой его поверхности ускоренными [c.197]

Метод ионной имплантации (ионного легирования) заключается во введении легирующих элементов в поверхностные слои металлов путем использования ионных пучков. Легированный слой формируется при бомбардировке поверхности металлов ионами легирующих элементов, приобретающих высокие скорости в электрическом поле. Толщина этого слоя зависит в основном от природы и энергии ионов, а также от природы металла, на который наносится слой. [c.129]

Метод имеет ряд преимуществ. Он обеспечивает возможность введения любой легирующей добавки в любой металл, точного регулирования толщины легированного слоя, строгой дозировки добавки и контроля ее чистоты, использования унифицированного оборудования для создания ионных пучков и автоматизации процесса имплантации. К достоинствам относится низкая рабочая температура процесса. К недостаткам метода следует отнести сложность и высокую стоимость оборудования для проведения ионной имплантации, а также сравнительно малую толщину легированного слоя, не превышающую 1 мкм. Однако преимущества метода в большинстве случаев искупают недостатки, и метод ионной имплантации все чаще используется для модификации поверхностных слоев металла для улучшения их физико-химических свойств, в частности для повышения коррозионной стойкости. [c.129]

РЬ и др.). Традиционное металлургическое легирование — дорогостоящая операция, так как при легировании зачастую используются редкие элементы высокой стоимости. Ионная имплантация позволяет избежать излишних затрат, так как легируется только поверхностный слой. [c.131]

Ионное легирование железа алюминием более эффективно чем хромом и никелем при равных концентрациях легирующих компонентов. При ионной имплантации алюминием образуется поверхностный сплав Fe, 6,6% А1, склонный к самопассивации и более стойкий к локальным формам коррозии, чем сплавы Fe, 6,6% Сг и Fe, 6,6% Ni, полученные также методом ионной имплантации. [c.132]

Методом ионной имплантации можно получать поверхностные сплавы железа с танталом и свинцом. Ионное легирование-танталом при дозах 5-10 моль/см значительно снижает плотность критического тока пассивации железа и плотность тока в его пассивном состоянии. Коррозионное поведение такого сплава подобно поведению сплава Fe, 4,9% Сг. [c.132]

Возможно также осуществление электроискрового поверхностного легирования или внедрения ионов легирующего компонента методом ионной имплантации или лазерной обработки поверхности. При этом в ряде случаев отпадает необходимость последующей диффузионной термообработки. Наиболее рациональным оказывается катодное модифицирование, т. е. введение эффективного катодного компонента в поверхностный слой защищаемого металла, склонного к пассивации. При этом положительный эффект [c.326]

Вакуумные методы нанесения покрытий и модифицирования поверхности (электроннолучевой и ионно-плазменный методы, термоионное и катодное распыление, ионная имплантация и др.), а также электроискровое легирование и лазерная обработка основаны на использовании электрической энергии. Источники питания, как правило, являются специализированными и во многих случаях входят в состав установки для нанесения покрытий или обработки поверхности. [c.420]

Существование деформационного упрочнения при ионной имплантации подтверждается, в частности, сходством микроструктур ионно-легированных и деформационно-упрочненных материалов. Вместе с тем ионная обработка приводит к появлению большого числа точечных дефектов, подвижность которых во многом определяет эффективность предложенного механизма упрочнения. Если имплантируемые атомы располагаются преимущественно в замещающих положениях, то при достижении концентрации легирующей примеси в несколько процентов оказывается существенным упрочнение за счет образования растворов замещения. Несоответствие радиусов примесных и основных атомов решетки приводит к появлению полей упругих напряжений, блокирующих движение дислокаций. Такой механизм упрочнения характерен для легирования ионами средних и больших масс. Расчеты показывают, что в большинстве случаев при торможении таких ионов число смещенных атомов в расчете на один имплантированный значительно больше единицы и твердорастворное упрочнение должно проявляться при более высоких концентрациях, чем деформационное. Образование метастабильных твердых растворов и отмеченная выше допустимость значительных отклонений от правила Юм-Розери усиливают значение рассмотренного механизма упрочнения. Твердорастворное упрочнение имеет место и при легировании легкими ионами, [c.91]

Для увеличения износостойкости в коррозионной среде особое значение приобретает возможность получать в поверхностном слое метастабильные соединения со специфичными свойствами и осуществлять экономное легирование дорогими и дефицитными элементами. При использовании ионной имплантации для повышения коррозионной прочности сравнительно небольшие энергии и дозы легирования могут оказаться достаточными для получения ощутимых результатов. Легирования железа ионами Ni с энергией 25 кэВ до дозы [c.97]

К преимуществам метода ионной имплантации при легировании триботехнических материалов относятся возможность получения практически любой комбинации матрица—легирующий элемент и проведения процесса легирования при любых температурах, в том числе нормальных и отрицательных внедрение строго дозированных количеств легирующей примеси, получение заданных профилей залегания [c.105]

Поскольку промышленное освоение ионной имплантации износостойких материалов только началось, данные и оценки экономической эффективности носят отрывочный характер. Эффективность метода, помимо чисто технического эффекта, связана с экономным расходованием легирующего материала. Известно, что объемное легирование многократно увеличивает стоимость коррозионно-стойкой стали [9]. Вместе с тем стоимость ионной имплантации платиной поверхности трения протезов тазобедренных суставов не превышает нескольких процентов стоимости самого протеза. [c.107]

Для решения этой задачи большое значение приобретает разработка оптимальных методов поверхностного легирования, таких, как термодиффузионная обработка, электроискровое легирование, ионная имплантация, электронно-лучевая обработка, которые позволяют обрабатывать поверхности, непосредственно соприкасающиеся с рабочими средами, расширяют возможности и эффективность использования катодных покрытий. Перспективным методом поверхностного легирования металлов и сплавов является ионная имплантация. Она позволяет регулировать толщину легированного слоя, концентрацию вводимых компонентов, их распределение по глубине за счет изменения энергии и рпзы внедрения. Толщина имплантированного слоя в зависимости от энергии может составлять от 0,1 до 3 мкм. Изменение коррозионной стойкости после ионной имплантаций происходит за счет обеспечивания пассивного состояния при имплантации металлами, разупрочнения структуры, приводящего к повышению сродства поверхности к кислороду, изменения дефект-но сти решетки. При этом важно, что для повышения защитных свойств вводимый элемент может образовывать с защищаемым металлом или сплавом метастабильный твердый раствор внедрения или замещения в широком диапазоне концентраций. [c.73]

ИОННОЕ ВНЕДРЕНИЕ (ионное легирование, ионная имплантация), введение посторонних атомов внутрь тв. тела бомбардировкой его поверхности ионами. Ср. глубина проникновения ионов в мишень тем больше, чем больше энергия ионов (ионы с энергиями 5 и 10—100 кэВ проникают на глубину 0,01—1 мкм). При бомбардировке монокристаллов глубина проникновения ч-ц вдоль определ. кристаллографич. осей может быть во много раз больше, чем в др. направлениях каналирование частиц). При интенсивной бомбардировке И. в. препятствует катодное распыление мишени, а также диффузия внедрённых ионов к поверхности и их выделение с поверхности ионноионная эмиссия). Существует максимально возможная концентрация внедрённых ионов, к-рая зависит от хим. природы иона и мишени, а также от темп-ры мишени. И. в. позволяет вводить в полупроводниковые материалы точно дозированные кол-ва почти любых хим. элементов. ИОННО-ЗВУКОВЫЕ КОЛЕБАНИЯ, низкочастотные акустические продольные волны, распространяющиеся в плаз.че с независящей от частоты ско- [c.231]

Диэлектрические материалы применяют в микроэлектронике в качестве изоляционных покрытий и масок при диф( )узии и ионной имплантации, герметизирующих покрытий легированных пленок, предотвращающих выход легирующих элементов, герметизирующих слоев, защищающих поверхности приборов от внещних воздействий, для диффузии примесей из слоев легированных оксидов, а также для геттерирования примесей и дефектов. Наиболее перспективны для этих целей оксид и нитрид кремния, а также имеющие более узкое применение оксинитрид кремния и некоторые стекла. [c.39]

Новым перспективным направлением ионно-лучевого модифицирования материалов является облучение вгисокоинтснсивными импульснь/-ми пучками ионов. В ряде лабораторий мира [83, 84] в последние годы была показана высокая эффективность использования мощных импульсных ионных пучков (МИП) для направленной модификации физи-ко-механических и химических свойств металлов и сплавов. Обычно используют ионные пучки с длительностью импульса порядка 10-100 не, энергией ионов 100-500 кэВ, плотностью тока j = 50-250 А/см и плотностью энергии 1-5 Дж/см-. В отличие от традиционной ионной имплантации при обработке МИП роль легирования весьма мала, так как доля легированной примеси меньше на три порядка (доза ионов ион/см ) и не превышает нескольких сотых процента. [c.168]

Ионное легирование зависит от природы легирующих элементов. Так, имплантация инертных газов практически не оказывает влияния на электрохимическое поведение основного металла, за исключением того, что процесс ионной имплантации может приводить к загрубению обраба-тьшаемой поверхности, утолщению воздушной окисной пленки на железе. [c.73]

Имеются экспериментальные подтверждения положительного влияния на способность железа к пассивации ионного легирования титаном и кремнием. Ионная имплантация этих элементов при дозах легирования от 0,1 до 1 10 ион/см , энергии 500 кэВ и температуре подложки от 293 до 453 К обеспечивала максимальную концентращю имплантированного элемента на уровне 20 %. При таком содержании титана или кремния в поверхностно-легированном железе резко уменьшается плотность тока пассивации в 0,5 М растворе СН3СООН + СНзСООЫа при pH = 5,0 и температуре 298 К. С увеличением числа циклов вольтамперометрии уменьшается различие в электрохимическом поведении чистого железа и железа, поверхностно легированного этими элементами, а после 42 циклов это различие в их поведении практически отсутствует. [c.74]

Для улучшения коррозионной стойкости титана применяют поверхностное легирование его палладием, используя для этой цели метод ионной имплантации. Было показано, что имплантация палладия в поверхностные слои титана — эффективный способ повышения его пассивируе-мости и коррозионной стойкости. [c.77]

В ионно-легиров. П. д. переход создаётся внедрением примесных атомов в кристалл при облучении его пучком ионов (см. Ионная имплантация]. Обычно внедряется бор в полупроводник п-типа и фосфор в полупроводник р-типа (см. Легирование полупроводников). Толщина входного окна в ионно-легиров. П. д. может достигать величины 1 мкм. Для обеспечения высоких характеристик ионно-легиров. П. д. необходим отжиг радиационных дефектов, к-рые возникают при внедрении ионов. [c.49]

Возникает задача создания экономно-легированных сплавов, композиционных материалов и методов поверхностного упрочнения деталей машин. Поверхностные слон во кногом определяют работоспособность деталей машин, поэтому износостойкость и коррозионная стойкость деталей полностью зависят от состояния их поверхности. Применением износостойких покрытий стремятся решить проблему экономии вольфрама в инструментальных сталях, а такя е повысить работоспособность деталей из конструкционных сталей. Ионная имплантация снижает точечную коррозию н повышает износостойкость подшипников качения, Задача создания высокожаростойких и жаропрочных сплавов для новой техники неразрывно связана с разработкой надежных защитных покрытий. Поверхностное легирование приводит к экономии дефицитных металлов, так как в этом случае их требуется меньше, чем при объемном легировании [c.7]

Ионное легирование, или имплантация [33, 106], основано на том явлении, irro при больших энергиях ионы проникают в кристаллическую решетку на большую глубину (легируя таким образом поверхностный слой детали). Этому способствует р адн щион но-сти мулиро-ванная диффузия, благодаря которой легируется слой, толщина которого во иного раз превышает глубину начального проникновения ионов. Механические свойства и износостойкость модифицированных таким способом поверхностных слоев повышаются также и в результате искажений кристаллической решетки, возникающих при вбивании в нее ионов легирующего компонента. [c.155]

Основу большинства современных интегральных схем и дискретных приборов составляют многослойные полупроводниковые композиции (р-п, гомо- и гетеропереходные структуры, гетероструктуры типа полупроводник—диэлектрики т. д.), формируемые в процессах диффузионного легирования или ионной имплантации, а также эпитаксиального наращивания и термического окисления. Далеко не всегда используемые технологические процессы обеспечивают получение высококачественных приборных композиций, отвечающих требованиям современных производств, гарантирующих не только достижение необходимых рабочих ха- [c.74]

Основной проблемой кремниевой оптоэлектроники является проблема создания эффективного источника излучения, роль которого выполняет светодиод или лазер. Кремний является непрямозонным полупроводником, и эффективность межзонной излучательной рекомбинации в нем очень низка. Определенным выходом из этого положения является легирование кремния эрбием, примесью, которая формирует в кристаллической решетке эффективные центры излучательной рекомбинации с участием 4f электронов примесного атома. В процессе такой рекомбинации генерируется излучение с длиной волны 1,54 мкм, для которого сам кремний практически прозрачен и которое также соответствует окну максимальной прозрачности оптических волноводов из кварцевого стекла. К сожалению, растворимость Ег в Si составляет всего см (при 1300 °С). Этого явно недостаточно для получения интенсивного излучения. Для увеличения содержания Ег в кристаллической решетке используют неравновесные методы получения сильнолегированных кремниевых слоев — ионную имплантацию, молекулярно-лучевую эпитаксию, ионно-лучевое напыление и др. Увеличению содержания Ег в слое способствует и дополнительное его легирование кислородом или фтором, с которыми эрбий образует достаточно стабильные комплексы. На сегод- [c.96]

Эффект ионного легирования железа никелем сводится н. основном к уменьшению тока анодного растворения и к увеличению потенциала питтингообразования, причем степе1НЪ облагораживания этого потенциала больше, чем в результате имплантации хрома. Введение хрома в мартенситно-старею-щую сталь приводит к уменьшению анодного растворения и увеличению стойкости к питтинговой коррозии. Тройной сплав железо-хром-никель, полученный методом ионной имплантации,, обладает более высокой стойкостью к питтинговой коррозииу чем большинство поверхностно-легированных двухкомпонент-ных сплавов. В общем, хотя стойкость к общей коррозии у поверхностно-легированных хромом и никелем сплавов железа сравнима со стойкостью объемно-легированных, стойкость к питтинговой коррозии у поверхностно-легированных сплавов выше, чем у железа, но ниже, чем у объемно-легированных сплавов близкого состава. [c.133]

Ионная имплан Iация. ("у гъ метода весьма проста и заключается в поверхностной обработке изделия ионами с энергией, достаточной для внедрения в поверхностные слои материала. Пороговая энергия, выше которой начинается внедрение ионов, составляет примерно 3 10 Дж. Глубина нроникнове-ния при энергии частиц 10" - 10 Дж не превышает нескольких межатомных расстояний. Обычно рассматривают три энергетических диапазона ионной имплантации низкоэнергетическая (10 —10 Дж), имплантация ионов средних энергий (10 —10 Дж), высокоэнергетическая имплантация (10 Дж и выше). В качестве технологии, имеющей промышленное значение, ионную имплантацию начали применять 25—30 лет назад в микроэлектронике. Как метод получения износостойких материалов, ионная имплантация интенсивно развивается последние 10— 5. лет. Предпосылками этого развития стали создание высокопроизводительного оборудования для получения больших концентраций примесных атомов, накопление данных о влиянии ионного легирования на структуру и свойства обрабатываемых материалов. Наиболее перспективной в машиностроении сегодня представляется имплантация ионов средних энергий. Оборудование для высокоэнергетической имплантации остается сложным и дорогим. Низкоэнергетическая имплантация эффективна в сочетании с диффузионным отжигом для легирования глубоких слоев. [c.76]

Имплантация атомами отдачи и ионное перемешивание. Эти методы являются разновидностями ионной имплантации и основаны на том, что эффект изменения свойств связан с внедрением не первичных высокоэнергетических ионов в легируемый материал, а атомов отдачи, например, из тонкой пленки, предварительно нанесенной на обрабатываемое изделие. В результате возможно для получения различных сплавов пользоваться одним и тем же источником и сортом ионов, например тяжелым инертным газом. Эффективное легирование и перемешивание достигаются при более низких дозах и энергиях, чем в методе прямой импланта ии. Существенный недостаток имплантации атомами отдачи—распыление поверхностной пленки при бомбардировке преодолевается с развитием метода динамического перемешивания, когда поверхность одновремеико подвергается воздействию пучка ионов [c.76]

Ионная имплантация делает возможным формирование на поверхности окисных пленок и некоторых других соединений, играющих роль твердых смазочных материалов. К сильным окислообразующим веществам относятся Be, А1, Ti, r, Та. Ионное легирование А молибденом приводит к формированию поверхностной пленки сплава А1 — Мо, резко повышающей стойкость А1 к питтинговой коррозии [26]. Одновременное легирование ионами молибдена и серы при соотношении [c.96]

Для материалов, работающих в условиях граничной смазки, самосмазывающихся материалов, в ряде других случаев фрикционного взаимодействия твердость поверхностного слоя не является определяющим параметром износостойкости. Большое значение приобретают способность поверхностных слоев многократно передеформироваться, не испытывая сильного наклепа, химическая активность поверхности в отношении окружающей среды и контртела, возможность образования поверхностных слоев с развитой анизотропией механических свойств. С точки зрения структуры, сопротивление материала усталостному изнашиванию определяется прежде всего энергией, необходимой для зарождения трещин, и скоростью их распространения. Положительное влияние ионной имплантации на прочность при малоцикловой усталости связано прежде всего с появлением радиационных дефектов, улучшающих гомогенность деформации (измельчение полос скольжения), и снижением энергии дефектов упаковки при образовании поверхностных сплавов. В условиях многоцикловой усталости большое значение приобретают остаточные напряжения, возникающие при легировании поверхности. В большинстве случаев глубина зарождения усталостных трещин при изнашивании значительно превосходит глубину имплантированного слоя. Исходя из этого, можно предположить, что имплантация влияет не на зарождение трещин, а на их развитие и выход на поверхность. В табл. 3.4 суммированы некоторые результаты исследования износостойкости ионно-легированных слоев в условиях граничной смазки и усталостного изнашивания [26]. [c.97]

Одним из " наиболее перспективных приложений ионной имплантации металлов и сплавов является легирование титана и его сплавов. Отличаясь высокими удельными прочностными характеристиками, титановые сплавы склонны к схватыванию при контактном взаимодействии и имеют низкую износостойкость. Методом ионной имплантации удается значительно повысить фрикционные характеристики титановых сплавов. В отдельных случаях износостойкость возрастает на три порядка [193]. Априори невозможно назвать основной механизм, ответственный за повышение фрикционных характеристик, так как он зависит от состава сплава, типа ионов, параметров имплантации и условий трения. Следует отметить, что, обладая большим сродством к С, N, В, О, титан легко образует соответствующие высокопрочные соединения. Их точная идентификация в поверхностных слоях затруднена изоморфизмом кристаллических структур и возможностью образования оксииитридов, карбонитридов, ок-сикарбидов и т. д. [c.98]

Ионная имплантация — один из наиболее эффективных способов легирования титана и его сплавов. Известно, что титановые сплавы, имея высокие прочностные характеристики, плохо работают в качестве элементов подвижных сочленений машин и механизмов. При умеренных нагрузках и скоростях наблюдается интенсивное схватывание с последующим разрушением контактирующих поверхностей. Модификация структуры поверхности посредством ионной имплантации позволяет повысить износостойкость. Анализ нескольких десят ков различных технологических процессов обработки поверхностей сплавов Ti —6А1—4V показал, что ионная имплантация бария, приводящая к возникновению преципитатов BaTiOs, образующих когерентную границу с TiO и эффективно препятствующих диффузии кислорода, по эффективности повышения износостойкости уступает лишь детонационному и газопламенному напылению. Однако нанесение покрытий приводит к увеличению размеров на единицы и десятки микрометров. [c.107]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...