» Symulacje transportu jonów H- wytworzonych przez jonizację powierzchniową
|
|
Marcin Turek 
Systemy wstrzykiwania cząstek neutralnych są uznawane za
podstawowe urządzenia umożliwiające ogrzewanie plazmy
w urządzeniach do badania syntezy termojądrowej. Źródło jonów
D‑ bazujące na wyładowaniu wielkiej częstości z wielootworowym
układem ekstrakcyjnym [1] uznane zostało za referencyjne w ramach
projektu ITER [2]. Poznanie mechanizmów produkcji, transportu
w plazmie i ekstrakcji jonów ujemnych nastręcza nadal wiele
trudności [3], a jest konieczne do efektywnego projektowania
wydajnych źródeł jonów. Symulacje komputerowe są niezwykle
ważnym narzędziem ułatwiającym badania i prace projektowych.
Zarówno dwu- [4, 5], jak i trójwymiarowe [6, 7] symulacje procesu
transportu jonów umożliwiły wyjaśnienie obserwowanego doświadczalnie
[8] efektu wzrostu natężenia prądu jonów ujemnych
wraz ze wzrostem strumienia indukcji poprzecznego pola magnetycznego
w rejonie ekstrakcji. Mimo iż przeprowadzone zostały
także szczegółowe badania transportu i ekstrakcji jonów H- i Dw
wielootworowym źródle jonów przy wykorzystaniu programów
do śledzenia trajektorii cząstek próbnych w zadanym polu elektromagnetycznym,
symulacje samozgodne wykorzystujące metody
Particle-In-Cell nadal są stosowane i rozwijane [10, 11].
++Artykuł zawiera wstępne wyniki symulacji. Omówiono ewolucję
potencjału w komorze źródła, zależność średnich wartości
potencjału plazmy od napięcia ekstrakcyjnego Vext, jak również
charakterystykę prądowo-napięciowa źródła jonów. Omówiono
rozkłady gęstości ładunku jonów H-, jak również rozkłady potencjału
elektrostatycznego w źródle, uzyskane dla różnych wartości
Vext . Zbadany jest wpływ energii początkowej jonów ujemnych na
uzyskiwane natężenia prądów jonowych, jak i związek tej wielkości
z tempem wytwarzania jonów ujemnych.
Model
Symulacje przeprowadzono wykorzystując dwuwymiarowy model
obejmujący komorę źródła i pojedynczą, płaską elektrodę
ekstrakcyjną. Założono, że ściany komory źródła znajdują się
na zerowym potencjale, z[...]
więcej»
w zeszycie
ELEKTRONIKA - KONSTRUKCJE, TECHNOLOGIE, ZASTOSOWANIA 2011/11
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
» Źródło jonów z parownikiem ogrzewanym przez wyładowanie łukowe. Symulacje komputerowe i eksperymen
|
|
Marcin TUREK Andrzej DROŹDZIEL Krzysztof PYSZNIAK Sławomir PRUCNAL Jerzy ŻUK
W artykule zaprezentowano nowy typ źródła jonów, szczególnie użyteczny w razie potrzeby uzyskania wiązek jonów pierwiastków
metalicznych, także trudnotopliwych. Opisano także model numeryczny pozwalający na obliczenia wydajności jonizacji w zależności od parametrów
pracy źródła. Przedstawiono wyniki symulacji. Pokazano wybrane doświadczalne charakterystyki źródła, otrzymane dla żelaza i glinu.
Abstract. A new type of ion source is presented that is especially useful for metalic ion beams, also in the case of refractory metals. A numerical
model enabling ion source efficiency calculations is described and some simulation results are discussed. Ion source characteristics measured for
iron and aluminum are presented. (Arc discharge ion source with an evaporator. Computer simulations and experiment).
Słowa kluczowe: źródła jonów, symulacje komputerowe, implantacja jonowa, jony pierwiastków metalicznych.
Keywords: ion sources, computer simulations, ion implantation, metalic ions.
Wstęp
Implantacja jonowa jest techniką szeroko stosowaną do
modyfikacji własności ciał stałych. Często zachodzi
konieczności implantacji jonami pierwiastków metalicznych,
o dość wysokiej temperaturze topnienia, przykładem może
być wykorzystanie implantacji jonami pierwiastków ziem
rzadkich dla potrzeb optoelektroniki [1] oraz spintroniki [2].
Kolejnym wyzwaniem, z jakim musieli zmierzyć się
autorzy pracy, było domieszkowanie próbek węglika krzemu
(SiC) jonami Al+ w celu wytworzenia warstw typu n [3]. Ze
względu na dozy implantacji (rzędu 1016 cm-2), konieczne
było zastosowanie źródła jonów wytwarzającego wiązkę
jonów pierwiastków metalicznych o odpowiednio wysokim i
stabilnym w czasie natężeniu prądu. W tym celu
skonstruowano źródło jonów wyposażone w parownik z
jonizowaną substancją, podgrzewany wyładowaniem
łukowym. Źródło to łączy w innowacyjny sposób zasady
pracy źródła jonów typu MEVVA [4] i źródła typu Nielsena
[5], wykorzystywanego zazwyczaj do wytwarza[...]
więcej»
w zeszycie
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY 2010/7
|
|
|
» Dwie konstrukcje plazmowych źródeł jonów z parownikiem
|
|
|
Marcin Turek Andrzej Droździel Krzysztof Pyszniak Sławomir Prucnal
Współczesne technologie mikroelektroniczne, a także metody
wytwarzania nowych materiałów dla potrzeb optoelektroniki
czy spintroniki, często wymagają implantacji jonami rozmaitych
pierwiastków, celem modyfikacji właściwości fizykochemicznych
przez domieszkowanie czy wytwarzanie defektów. Wytwarzanie
nanostruktur metalicznych i półprzewodnikowych przez rozpylanie
powierzchni [1, 2], implantację jonową i następujące po niej
wygrzewanie stanowi wyzwanie ze względu na wielkość dawek
implantacji (1016-1017 cm-2), potrzebnych do osiągnięcia odpowiednich
koncentracji domieszek [3]. Trudności przysparza wytwarzanie
wiązek jonów pierwiastków ziem rzadkich, a specyficzne
ich właściwości sprawiają że domieszkowane nimi materiały
są obiektem zainteresowania ze strony specjalistów zajmujących
się spintroniką [4, 5], bądź nowymi źródłami światła [6]. Mimo, iż
istnieje wiele innych metod domieszkowania, np. w trakcie epitaksjalnego
wzrostu kryształów (MBE), bądź przez dyfuzję termiczną,
to implantacja jonowa pozostaje atrakcyjną techniką ze
względu na oferowaną szybkość i precyzję lokalizacji i koncentracji
domieszki.
Istnieje wiele sposobów wytwarzania wiązek jonów pierwiastków
występujących zazwyczaj jako ciała stałe [7]. Podstawową
techniką jest wytworzenie par substancji roboczej w zewnętrznym
piecyku i doprowadzenie ich do komory źródła jonów. Zasadniczą
trudnością tej metody jest efektywny transport par oraz konieczność
stosowania grzejników o dużej mocy w przypadku substancji
o wysokiej temperaturze topnienia. Kolejną popularną metodą jest
stosownie związków lotnych takich jak np. chlorki i związki organometaliczne
[8], jednakże są one często toksyczne i chemicznie
agresywne. Stosuje się też rozpylanie jonowe [9], bądź elektronowe
[10], a niekiedy nawet i mechaniczne [11]. Możliwość wytwarzania
jonów, w tym wielokrotnie naładowanych, niemal z każdej
substancji to zaleta źródeł jonowych wykorzystujących ablację laserową
[12]. Niekied[...]
więcej»
w zeszycie
ELEKTRONIKA - KONSTRUKCJE, TECHNOLOGIE, ZASTOSOWANIA 2011/11
|
|
|
» Formation of molecular ion beams for ion implantation purposes
|
|
|
KRZYSZTOF Kiszczak MARCIN Turek DARIUSZ MĄczka BRONISŁAW SŁowi Ński JAROSŁAW Zubrzycki
Ion implantation has found a wide utility both in technology and
scientific research. This method is based on the penetration of
ions, accelerated to the energy from tens to hundreds of keV
(nowadays to a few MeV) into a solid. Interaction of quick ions
with the surface of solid targets causes many effects, such as
sputtering of target material, electron emission, chemical reactions,
excitation and ionization of target atoms, shift of lattice
atoms from their equilibrium positions and, first of all, implantation
of incident atoms into the lattice of the targets. As a result,
changes in physicochemical properties of bombarded materials
are observed. In the case of metal targets these changes concern
mainly the tribologycal properties, such as friction, hardness,
wearability and the geometric structure of the irradiated surface
(for example, roughness). All the above-mentioned properties are
important in many fields of science and technology, such as precision
mechanics, optics, nuclear power and even medicine. Thus,
it is obvious that ion implantation plays an important role in the
modern world.
Implantation into solid targets is carried out at special facilities,
called ion implanters [1]. However, in many cases of implantation,
it is possible to use electromagnetic isotope separators,
designed mainly for nuclear physics purposes [2]. Although
the ion current limit is appropriate for implantation purposes in
such separators, very often the ion energy region does not meet
the experimental requirements since the accelerating voltage
used in separators is usually 30…100 keV. To increase the implantation
energy in mass-separators it is recomended to use
multicharged ions for which E = neU, where n is the ionization
order, e is the electron charge, U is the ion accelerating voltage.
On the other sides for low energy implantation it is possible to
use molecular ions (usually diatomic molecules), as on hitting
a target, the mo[...]
więcej»
w zeszycie
ELEKTRONIKA - KONSTRUKCJE, TECHNOLOGIE, ZASTOSOWANIA 2011/11
|
|
|
|
|
|
» Wyznaczanie rozkładów głębokościowych domieszek metodą PIPE
|
|
|
Krzysztof Pyszniak Łukasz Gluba Marcin Turek Andrzej Droździel Janusz Filiks Artur Wójtowicz Jerzy Żuk Dariusz Mączka
Jednym z ważnych zagadnień w inżynierii materiałów jest wyznaczanie
rozkładów głębokościowych i koncentracji domieszek
w ciałach stałych. Z różnym powodzeniem stosuje się w tym celu
wiele metod doświadczalnych, takich jak: spektroskopia jonów
wtórnych (SIMS) [1], spektroskopia rozpraszania rutherfordowskiego
(RBS) [2], spektroskopia elektronów Augera (AES) [3], czy
wykorzystanie znaczników radioaktywnych [4]. Kolejną metodą
jest spektroskopia fotonów wzbudzanych bombardowaniem jonowym
(PIPE). Polega ona na rejestracji i analizie promieniowania
elektromagnetycznego, zazwyczaj w zakresie widzialnym i ultrafiolecie,
powstałego w trakcie zjawisk zachodzących w czasie naświetlania
powierzchni ciała stałego strumieniem jonów o energii
od kilku do kilkuset kiloelektronowoltów.
W trakcie bombardowania ciała stałego jonami, oprócz ich implantacji,
zachodzi także, niekiedy bardzo intensywne, rozpylanie
jego materiału. Spora część wybitych z tarczy atomów bądź molekuł
jest w stanach wzbudzonych i przechodzi do stanu podstawowego
emitując promieniowanie będąc w pewnej odległości od
próbki. Świecenie to obserwowane jest w postaci jasnej poświaty,
której rozciągłość wiąże się z czasami życia stanów wzbudzonych
rozpylonych atomów i ich prędkościami. Obserwacja intensywności
emisji charakterystycznych linii pierwiastka-domieszki
podczas długotrwałych naświetleń, w trakcie których zachodzi
erozja coraz to głębiej położonych warstw tarczy, pozwala na wyznaczanie
m.in. profilu głębokościowego domieszki.
Układ pomiarowy
Stanowisko eksperymentalne służące do badania promieniowania
optycznego emitowanego z tarczy bombardowanej wiązką
jonów (PIPE), zbudowano na bazie implantatora jonów UNIMAS-
79. Składa się ono z komory eksp[...]
więcej»
w zeszycie
ELEKTRONIKA - KONSTRUKCJE, TECHNOLOGIE, ZASTOSOWANIA 2011/11
|
|
|
|
Strona 1
Następna strona »
|
Twój Profil
Twój koszyk
