Способ формирования композиционной структуры
Владельцы патента RU 2363068:
Федеральное Государственное учреждение "Российский научный центр "Курчатовский институт" (РНЦ "Курчатовский институт") (RU)
Изобретение относится к методам создания объемных композиционных структур путем изменения по заданному рисунку свойств вещества исходной заготовки и может найти применение в микроэлектронике при изготовлении интегральных схем различного назначения, средств хранения информации. Сущность изобретения: способ формирования композиционной структуры включает одновременное воздействие на выбранные участки исходного вещества двух потоков ускоренных частиц, первый из которых состоит из атомов или ионов водорода, с энергией, приводящей к замене выбранного сорта атомов в исходном веществе на атомы, из которых сформирован второй поток ускоренных частиц, или к присоединению атомов, из которых сформирован второй поток ускоренных частиц, к атомам исходного вещества в слое, толщина которого соответствует длине проективного пробега ускоренных ионов или атомов водорода, при этом у замещающих атомов химическое сродство должно быть больше к атомам, остающимся в исходном веществе, чем у заменяемых, а химическое сродство у присоединяемых атомов к атомам исходного вещества должно быть больше, чем у атомов водорода. Техническим результатом изобретения является расширение номенклатуры типов двух- или многоатомных химических соединений, используемых в качестве рабочих слоев и номенклатуры создаваемых композиционных структур с различными химическими и физическими свойствами. 2 з.п. ф-лы, 4 табл.
Изобретение относится к методам создания объемных композиционных структур путем изменения по заданному рисунку свойств вещества исходной заготовки в обрабатываемых участках и может найти применение в микроэлектронике при изготовлении интегральных схем различного назначения, средств хранения информации и т.п.
Известно широкое применение ионных пучков для легирования твердых тел различными элементами с целью формирования в облучаемых материалах заданных по размеру областей с определенными физическими, электрическими и другими характеристиками, фазовым составом, структурой и т.п.
Отличительная особенность ионного легирования - это возможность легирования объекта любыми (без ограничений) элементами, в том числе не имеющими растворимость в материале данного объекта. Именно это обстоятельство и способствовало широкому применению принципов ионной модификации структуры с целью управления химическими, физическими и механическими свойствами.
В частности, к таким способам относится и описанный в RU 2193080 /1/. Сущность способа ионного легирования твердых тел заключается в том, что одновременно или последовательно облучают объекты ионами инертного газа и ионами фазообразующих элементов, причем путем облучения ионами инертного газа в объекте формируют газовые нанопоры с одновременным или последовательным заполнением их объема ионами фазообразующих элементов. Изобретение решает задачу повышения эффективности ионного легирования и осуществление практической реализации условий формирования и синтезирования в твердых телах монодисперсных нановыделений различных фаз с высокой объемной плотностью.
Недостатком известного способа является то, что упомянутые выделения фаз возникают в обрабатываемом материале хаотично, без образования заданного их распределения по объему, что ограничивает сферу использования.
Известен способ изготовления проводящего рисунка в объеме тонких слоев толщиной до 20 нм путем селективного удаления атомов неметалла воздействием пучка заряженных частиц (RU 2129320 /2/). Недостатком известного метода является его малые технологические возможности, связанные с тем, что может быть использована относительно небольшая номенклатура типов двух- или многоатомных химических соединений, используемых в качестве рабочих слоев, и, соответственно, небольшая номенклатура изменения свойств веществ рабочих слоев. Кроме того, известный способ предусматривает формирование однослойных структур, в которых происходит целенаправленное изменение свойств.
Известен способ формирования многослойной (объемной) структуры, состоящей из одного или нескольких слоев, толщина каждого из которых составляет от 10 до 100 нм (RU 2183882 /3/, или патент-аналог US 6403396 /4/, или WO 9945582 /5/). Известный способ предполагает сначала формирование определенного рисунка с измененной проводимостью в пленке толщиной 10-100 нм путем воздействия на нее либо оптическим излучением, либо потоком ускоренных частиц, в результате чего в облученных участках происходит трансформация проводящих свойств. Затем полученные слои соединяют в стопку с образованием трехмерной (объемной) структуры.
Недостатком такой технологии является необходимость очень точного наложения одного слоя на другой с обеспечением совмещения элементов в разных слоях, что является достаточно сложной задачей и для ее успешного решения иногда приходится идти на увеличение размеров элементов структуры. Одновременная же обработка многослойных заготовок или однослойных с толщиной несколько сотен нанометров предлагаемым способом (с использованием элементарных частиц и ионов) не предусматривается. И это обусловлено тем, что при использовании таких "толстых" слоев колба рассеяния в нижних слоях (или нижней части слоя) будет иметь значительные размеры и возможно смыкание соседних элементов, что недопустимо. Указанное обстоятельство ведет к уменьшению плотности размещения структурных элементов. Известный способ не предусматривает выявления оптимальных условий получения структур с максимально допустимой плотностью размещения составляющих их элементов (разрешающей способностью) и требуемой степенью преобразования вещества из непроводящего состояния в проводящее. В описании /3/ (см. колонку 31, последние 8 строк) отмечается, что степень преобразования из непроводящего состояния в проводящее или наоборот может управляться облучением (дозой, интенсивностью, спектральным составом), но не содержит конкретных рекомендаций по их выбору.
Из описания RU 2243613 /6/ известен способ формирования объемной паттернированной структуры, состоящей из областей, отличающихся по химическому составу, который заключается в том, что на подложку наносят один или несколько рабочих слоев из одного или различных двух- или многоатомных веществ, размещают полученную заготовку в камере, содержащей источник ускоренных частиц, создают в ней вакуум и облучают модулированным в пространстве и/или во времени пучком ускоренных частиц, при этом энергию частиц, значение которой определяют расчетным путем и/или проведением предварительных экспериментов, выбирают из условия возможности прохождения частиц сквозь все рабочие слои с образованием колбы рассеяния с поперечным размером, меньшим промежутка между облученными участками, но не менее энергии, необходимой для смещения и селективного удаления входящих в вещество рабочих слоев атомов выбранного сорта, а величину дозы облучения выбирают из условия обеспечения селективного удаления требуемой доли атомов выбранного сорта до достижения необходимого уровня свойств вещества из оставшихся атомов, которые определяются на основании экспериментальной зависимости свойств облученного вещества от дозы облучения. В частных случаях реализации известного способа заготовку облучают потоком ускоренных частиц, энергию которых изменяют во времени таким образом, чтобы обеспечить равномерный профиль изменения химического состава по всей толщине обрабатываемых рабочих слоев заготовки.
Недостатком известного способа является хотя и высокая, но все-таки недостаточная плотность размещения (разрешающая способность) элементов, входящих в создаваемую структуру. Это обусловлено тем, что несмотря на уменьшение размеров колбы рассеяния, позволяющих более плотно размещать элементы структуры, ее наличие является сдерживающим фактором дальнейшего уменьшения промежутков между элементами структуры.
Наиболее близким к заявляемому по своей технической сущности и достигаемому результату является известный способ создания пространственно-объемной структуры, который включает нанесение на подложку одного или нескольких рабочих слоев из двух- или многоатомных соединений и последующее их облучение через маску или шаблон пучком ускоренных частиц, обеспечивающих селективное удаление атомов определенного сорта на облучаемых участках и сопровождающееся этим преобразование свойств вещества, при этом поверх рабочего слоя наносят вспомогательный слой вещества, химическое сродство которого к селективно удаляемым из рабочего слоя атомам меньше, чем у не удаляемых атомов рабочего слоя. К недостаткам известного способа следует отнести то, что металлам, получаемым таким образом из диэлектриков, свойственны заметно более высокие, по сравнению с табличными значениями, удельные сопротивления, а полупроводникам относительно низкие значения подвижности носителей заряда. Это обусловлено тем, что получаемые за счет селективного удаления атомов, т.е. за счет облучения, металлы и полупроводники являются нанокристаллическими материалами, с характерными размерами кристаллитов ~10-50 нм. Это приводит к большим эффектам рассеяния носителей на границах кристаллитов и, соответственно, к указанным отличиям в удельных сопротивлениях и подвижности носителей заряда для получаемых таким образом металлов или полупроводников. По этой причине использование метода селективного удаления атомов для формирования функциональных элементов высокочастотных микро- и наноэлектронных устройств является проблематичным.
Заявляемый в качестве изобретения способ создания композиционных структур направлен на расширение номенклатуры типов двух или многоатомных химических соединений, используемых в качестве рабочих слоев, и номенклатуры создаваемых структур с различными химическими и физическими свойствами за счет включения в них соединений с сильным химическим сродством входящих в них атомов, состав которых можно управляемо изменять за счет селективного замещения или присоединения атомов при помощи пучков ускоренных частиц. Кроме того, он направлен на улучшение электрофизических свойств получаемых в композиционных функциональных структурах различного функционального назначения металлов и полупроводников.
Указанный результат достигается тем, что способ формирования композиционной структуры включает одновременное воздействие на выбранные участки исходного вещества двух потоков ускоренных частиц, первый из которых состоит из атомов или ионов водорода, с энергией, приводящей к замене выбранного сорта атомов в исходном веществе на атомы, из которых сформирован второй поток ускоренных частиц, или к присоединению атомов, из которых сформирован второй поток ускоренных частиц, к атомам исходного вещества в слое, толщина которого соответствует длине проективного пробега ускоренных ионов или атомов водорода, при этом у замещающих атомов химическое сродство должно быть больше к атомам, остающимся в исходном веществе, чем у заменяемых, а химическое сродство у присоединяемых атомов к атомам исходного вещества должно быть больше, чем у атомов водорода. Указанный результат достигается также тем, что при селективном соединении атомов участки будущей композиционной структуры, которые должны использоваться как металлы или полупроводники, облучению не подвергаются, а поэтому сохраняют исходный (стартовый размер кристаллитов). Это обусловлено тем, что при использовании селективного соединения атомов формируются только диэлектрические участки в композиционной структуре. Например, при работе с монокристаллическим кремнием в качестве исходного материала и формировании с использованием предлагаемого метода соединения атомов диэлектрика - оксида кремния - на требуемых участках создаваемой композиционной структуры кремниевые участки этой структуры не меняют своих свойств, т.к. остаются монокристаллическими (не подвергаясь облучению).
Одновременное воздействие на выбранные участки исходного вещества двух потоков ускоренных частиц, первый из которых состоит из атомов или ионов водорода, с энергией, приводящей к замене выбранного сорта атомов в исходном веществе на атомы, из которых сформирован второй поток ускоренных частиц или к присоединению атомов, из которых сформирован второй поток ускоренных частиц к атомам исходного вещества, при этом у замещающих атомов химическое сродство должно быть больше к атомам, остающимся в исходном веществе, чем у заменяемых, а химическое сродство у присоединяемых атомов к атомам исходного вещества должно быть больше, чем у атомов водорода, позволяет расширить номенклатуру типов двух- или многоатомных химических соединений, используемых в качестве рабочих слоев, и номенклатуру создаваемых структур с различными химическими и физическими свойствами. Действительно, если осуществлять указанное воздействие на выбранные участки исходного вещества, то происходят следующие процессы.
Облучение химического соединения - материала, находящегося в кристаллическом или аморфном состоянии, при достаточной энергии используемых ускоренных частиц, сопровождается рядом эффектов, которые создают условия для реализации химических реакций, возможных в некоторых случаях в отсутствие облучения, но только при существенно более высоких температурах, чем комнатные (более чем на несколько сотен градусов Цельсия). В обрабатываемом материале - химическом соединении АБ - после начала облучения появляются дополнительно атомы водорода и атомы В. В слое, толщина которого (от поверхности, обращенной к падающему потоку ускоренных частиц) близка к длине проективного пробега ускоренных протонов или атомов водорода при наличии у них достаточной энергии, будет происходить смещение атомов из равновесных положений и разрыв в соответствующих местах химических связей атомов А и Б. Часть смещенных атомов будет вновь восстанавливать разрушенные химические связи и, соответственно, образовывать стартовое химическое соединение АБ. Однако при появлении в непосредственной близости от мест разрыва химических связей атомов других сортов, например атомов В, они также могут образовывать химические связи с атомами А и, соответственно, химическое соединение АВ. Вероятность образования атомами А химического соединения с тем или иным сортом атомов тем выше, чем больше у них химическое сродство. При прочих равных условиях рост химического сродства увеличивает вероятность образования химической связи между атомами, находящимися в непосредственной близости друг от друга, в случае разрыва ранее существовавших химических связей в результате смещения атомов из равновесных положений под действием облучения. Вследствие этого в случае, если атомы сорта В имеют большее химическое сродство к атомам сорта А, чем атомы сорта Б, облучение будет постепенно приводить к замене в химическом соединении АБ атомов сорта Б на атомы сорта В с образованием химического соединения АВ. Те атомы, которые вновь не образуют химическое соединение будут диффундировать во всех направлениях, но, прежде всего, в направлении стоков (т.к. в этом случае возникает градиент концентрации, обеспечивающий направленную диффузию атомов). При этом в случае, если стартовое химическое соединение включало атомы газов, например кислорода, азота и т.п., такие атомы, выходя на внешнюю поверхность образца, граничащую с вакуумом, будут покидать материал за счет испарения в вакуум. Внешняя поверхность образца является ненасыщаемым стоком для освобождающихся в результате смещения под облучением ускоренными протонами атомов газов. По этой причине процесс выхода таких атомов из материала может происходить до их полного исчезновения в облучаемом материале. Казалось бы наиболее простым способом введения атомов сорта В в обрабатываемый материал является облучение соответствующим пучком ионов, поскольку, как указывалось ранее, облучение за счет привносимой энергии позволяет реализовывать соответствующие химические превращения при относительно низких температурах, при которых в отсутствие облучения эти химические превращения невозможны. Однако одновременное облучение двумя пучками, например протонами и ионами кислорода, предпочтительней по двум причинам. Первая из этих причин заключается в следующем. Использование потоков ускоренных легких частиц, прежде всего протонов или атомов водорода (возможно также использование ускоренных молекул водорода или ионов H2 + и иных ионов водорода, однако в этом случае потребуется их ускорение до больших энергий для достижения тех же глубин изменения химического состава) позволяет при равных энергиях ускоренных частиц обеспечить смещение атомов и разрыв химических связей на максимальную глубину материала, т.к. из всех атомов или ионов легкие частицы имеют максимальную длину проективного пробега. При этом сам водород из-за относительно низкой химической активности редко образует химические соединения (в этом случае в процессе облучения его замещают атомы второго потока ускоренных частиц) и, кроме того, быстро выходит из обрабатываемого материала после окончания облучения. Вторая причина заключается в том, что поток более тяжелых ионов или атомов сорта В, используемых для замещения или соединения, имеет при той же энергии меньшую длину проективного пробега, а также вызывает большее распыление обрабатываемого материала, что делает его использование без одновременного облучения потоком легких ионов или атомов существенно менее эффективным. По указанным причинам очевидно, что одновременное облучение, например, протонами и более тяжелыми ионами сорта В позволяет прежде всего существенно увеличить толщину слоя, в котором может быть получено требуемое изменение химического состава. Кроме того, привносимая в облучаемое вещество за счет облучения легкими ионами (или атомами) энергия, а также создаваемые ими радиационные дефекты позволяют более эффективно использовать ионы или атомы В для замещения атомов Б в химическом соединении АБ на атомы В, или соединение атомов В с атомами А при облучении одноатомного вещества А. При этом ионы сорта В могут проникать вглубь облучаемого вещества на глубину, большую, чем длина проективного пробега, за счет диффузии. В результате облучения двумя потоками ускоренных ионов (или атомов), и в случае замещения, и в случае присоединения атомов сорта В с образованием химического соединения АВ требуется меньшая доза облучения атомами (или ионами) сорта В, чем в случае облучения одними ионами сорта В (или атомами). Последнее обстоятельство позволяет в значительной мере избежать нежелательного распыления облучаемого материала. Привносимая за счет облучения энергия и радиационные дефекты позволяют реализовывать соединение атомов А и В в слое, толщина которого соответствует длине проективного пробега легких ионов (или атомов), при температурах значительно более низких, чем в отсутствие облучения.
Сущность заявляемого способа поясняется примерами его реализации.
Пример 1. В общем случае способ формирования объемной композиционной структуры осуществляется следующим образом. На поверхности подложки, которая может быть выполнена из монокристаллического или поликристаллического кремния, алюминия, двуокиси кремния и других материалов, каким-либо способом формируют один либо несколько обрабатываемых слоев из различных одноатомных, двух- или многоатомных веществ. В качестве обрабатываемых слоев преимущественно могут быть использованы соединения металлов или полупроводников с водородом, азотом, углеродом и др. или с их комбинацией. В другом случае в качестве обрабатываемого слоя может выступать поверхность материала подложки, например неокисленная поверхность кремниевой пластины, или обрабатываемые слои получают за счет различных химических обработок материала подложки, например азотированием, науглероживанием и т.п.
На выбранные участки исходного вещества воздействуют двумя потоками ускоренных частиц, первый из которых состоит из атомов или ионов водорода, с энергией, приводящей к замене выбранного сорта атомов в исходном веществе на атомы, из которых сформирован второй поток, или к присоединению атомов, из которых сформирован второй поток, к атомам исходного вещества, при этом у замещающих атомов химическое сродство должно быть больше к атомам, остающимся в исходном веществе, чем у заменяемых, а химическое сродство у присоединяемых атомов к атомам исходного вещества должно быть больше, чем у атомов водорода. Степень химического сродства веществ может быть определена экспериментально или по справочным данным.
Полученные заготовки помещают в рабочую камеру, содержащую источник ускоренных частиц, и создают в ней вакуум ~10-3-10-8 Па. В качестве первого потока ускоренных частиц могут быть использованы атомы или ионы водорода. Заготовки облучают потоком ускоренных частиц с предварительно определенным значением энергии через шаблон (маску). Шаблон (маска) может быть размещен непосредственно на заготовке, т.е. находиться в контакте с верхним слоем облучаемого вещества или находиться на некотором удалении от него. Под воздействием потока ускоренных частиц происходит преобразование исходных свойств рабочих слоев на облучаемых участках (диэлектрических - в проводящие или полупроводниковые, изменение оптических свойств и т.п.) за счет селективной замены выбранного сорта атомов в исходном веществе на атомы, из которых сформирован второй поток, или к обратному изменению свойств (металлов или полупроводников в диэлектрики и т.п.) за счет присоединения атомов, из которых сформирован второй поток, к атомам исходного вещества.
Требуемый диапазон значений энергий для осуществления технологического процесса формирования объемной композиционной структуры с заданными параметрами (число слоев, общая толщина структуры, плотность размещения структурных элементов и т.п.) определяется расчетным путем или экспериментально.
При экспериментальном определении энергии ускоренных частиц, необходимой для формирования объемной структуры, проводят несколько предварительных экспериментов. Для этого подготовленные заготовки с нужным количеством рабочих слоев из различных веществ или одного слоя из одного вещества требуемой толщины облучают через шаблон потоком ускоренных частиц с различной энергией, а, кроме того, для каждой энергии получают дозовые зависимости изменения требуемых свойств. Для этого на подложку наносят слой исходного вещества, затем изготавливают серию образцов и осуществляют облучение при различных энергиях ускоренных частиц фиксированной дозой, после чего исследуют его свойства. Затем дозу облучения увеличивают и снова исследуют свойства. Например, берут в качестве исходного материала металл и исследуют его электропроводность. Естественно, что по мере увеличения дозы облучения все большее число атомов кислорода будет соединяться с атомами металла, а следовательно, электропроводность будет падать. Задавшись требуемой электропроводностью формируемого в металлической матрице диэлектрического участка по полученным данным выбирают соответствующую этому требованию дозу облучения. Аналогично можно исследовать зависимость от дозы магнитных, оптических и других свойств.
На основании дозовых зависимостей определяют дозу облучения, которая необходима для достижения заданного уровня требуемых свойств. По результатам облучений при разных энергиях ускоренных частиц выбираются оптимальные значения энергий, которые удовлетворяют заданным параметрам формируемой композиционной структуры.
Облучение подготовленной заготовки может осуществляться с использованием шаблонов, имеющих сквозные отверстия, или путем сканирования по поверхности заготовки модулированным по интенсивности пучком ускоренных частиц.
Пример 2. Способ реализовывался по общей схеме, как описано в примере 1, с использованием протонов в качестве первого потока частиц для облучения материала заготовки. Для его реализации в вакуумной камере технологической установки на подложкодержателе устанавливаются несколько подложек из монокристаллического кремния размером 5×5×0,4 мм, на которые нанесено заданное количество рабочих слоев. Вакуумная камера откачивалась сначала форвакуумным, а затем турбомолекулярным насосом до давления 10-6 Па. Затем посредством регулируемого натекания водорода давление в камере доводится до величины ~10-4-10-5 Па. Одновременно с указанным выше посредством регулируемого натекания кислорода в камере устанавливается давление кислорода ~(2-5)×10-7 Па (при выключенном натекании водорода).В качестве источника протонов можно использовать любой из числа известных, например высокочастотный плазменный источник. На пути пучка ионов на поверхности образца была расположена заранее созданная маска из электронного резиста толщиной 0,3 мкм с отверстиями диаметром ~(0,3-10) мкм и расстоянием между ними 1-10 мкм. В другом случае в качестве такого шаблона использовалась маска, изготавливаемая по известным технологиям (например, фотолитографией либо электронной литографией). После откачки включался источник протонов, а на металлический подложкодержатель подавались знакопеременные, прямоугольные импульсы напряжения: отрицательные импульсы амплитудой от ~0,5 кВ до ~5 кВ и положительные импульсы амплитудой ~200 В с частотой ~30-50 кГц. Длительность импульсов подбиралась таким образом, чтобы за каждый период облучения суммарный заряд электронов и ионов, попадающий на образец, был близок к нулю во избежание зарядки облучаемых образцов (последнее обстоятельство важно при облучении диэлектрических материалов). Обрабатываемые материалы облучаются до реализации замещения требуемых атомов в двух- или многоатомных химических соединениях или до завершения соединения атомов при обработке одноатомных материалов или сплавов. Как правило, время облучения составляло от 60 до 200 минут. Результаты экспериментов показаны в таблице табл.1.
| Таблица 1 | |||||
| № п/п | Материал до/после облучения | Толщина материала до облучения, нм | Ускоряющее напряжение, кВ | Сорт 1 ионов | Сорт 2 ионов |
| 1 | Нитрид титана/оксид титана | 15 | 0,5 | Н+ | O+ |
| 2 | Нитрид титана/оксид титана | 35 | 1,5 | Н+ | O+ |
| 3 | Нитрид циркония/оксид циркония | 50 | 3,0 | Н+ | O+ |
| 4 | Нитрид кремния/оксид кремния | 70 | 4,0 | Н+ | O+ |
| 5 | Нитрид алюминия/оксид алюминия | 100 | 5,0 | Н+ | O+ |
| 6 | Карбид кремния/оксид кремния | 40 | 3,0 | Н+ | O+ |
Пример 3. Способ осуществляли в соответствии с общей схемой, описанной выше, и режимами облучения, использованными в примере 2. В качестве исходных заготовок использовали полированные образцы кремния, алюминия (указанные образцы до облучения были подвергнуты обработке ионами инертного газа в вакууме для удаления естественного оксида) толщиной 0,45 мм и размерами 5×5 мм, а в других случаях на указанные образцы напыляли в вакууме тонкие слои титана или циркония. Облучение образцов осуществляли в течение 60-200 мин, в результате чего в облученных участках происходило селективное соединение атомов кислорода с кремнием, алюминием, титаном или цирконием с образованием тонких слоев оксида кремния, оксида алюминия, оксида титана или циркония. Таким образом, на поверхности одноатомных материалов был сформирован диэлектрический рисунок. По аналогичной схеме проводили серии опытов, варьируя состав вещества рабочих и вспомогательных слоев, их число и толщину. Результаты экспериментов показаны в таблице 2.
| Таблица 2 | |||||
| № п/п | Материал до/после облучения | Толщина оксида после облучения, нм | Ускоряющее напряжение, кВ | Сорт 1 ионов | Сорт 2 ионов |
| 1 | Кремний/оксид кремния | 20 | 0,5 | Н+ | O+ |
| 2 | Алюминий/оксид алюминия | 50 | 1,5 | Н+ | O+ |
| 3 | Алюминий/оксид алюминия | 70 | 3,0 | Н+ | O+ |
| 4 | Кремний/оксид кремния | 90 | 4,0 | Н+ | O+ |
| 5 | Титан/оксид титана | 100 | 5,0 | Н+ | O+ |
| 6 | Цирконий/оксид циркония | 60 | 3,0 | Н+ | O+ |
В других случаях облучение проводили не в высокочастотном плазменном источнике ионов, а в обычном источнике ионов, где ускорение ионов осуществлялось постоянным напряжением. Вакуум в установке и ускоряющее напряжение были в том же диапазоне, как указывалось ранее. Однако во избежание эффектов зарядки на образцах ускоренные ионы нейтрализовались до атомов за счет источника электронов. Результаты облучения представлены в табл.3 и табл.4
| Таблица 3 | |||||
| № п/п | Материал до/после облучения | Толщина оксида после облучения, нм | Ускоряющее напряжение, кВ | Сорт 1 ионов | Сорт 2 ионов |
| 1 | Кремний/оксид кремния | 20 | 0,5 | Н | O |
| 2 | Алюминий/оксид алюминия | 50 | 1,5 | Н | O |
| 3 | Титан/оксид титана | 100 | 5,0 | Н | O |
| 4 | Кремний/оксид кремния | 90 | 4,0 | Н | O |
| 5 | Цирконий/оксид циркония | 60 | 3,0 | Н | O |
| Таблица 4 | |||||
| № п/п | Материал до/после облучения | Толщина материала до облучения, нм | Ускоряющее напряжение, кВ | Сорт 1 ионов | Сорт 2 ионов |
| 1 | Нитрид титана/оксид титана | 18 | 0,7 | Н | O |
| 2 | Нитрид титана/оксид титана | 40 | 2,0 | Н | O |
| 3 | Нитрид циркония/оксид циркония | 60 | 3,5 | Н | O |
| 4 | Нитрид кремния/оксид кремния | 70 | 4,0 | Н | O |
| 5 | Нитрид алюминия/оксид алюминия | 85 | 4,5 | Н | O |
| 6 | Карбид кремния/оксид кремния | 40 | 3,0 | Н | O |
Таким образом, предлагаемый способ формирования композиционных структур позволяет успешно формировать функциональные структуры произвольной геометрии с требуемой комбинацией электрофизических, оптических и иных свойств, что может быть использовано для изготовления микро- и наноустройств различного назначения.
1. Способ формирования композиционной структуры, включающий одновременное воздействие на выбранные участки поверхности исходного вещества двух потоков ускоренных частиц, первый из которых состоит из атомов или ионов водорода, с энергией, приводящей к замене выбранного сорта атомов в исходном веществе на атомы, из которых сформирован второй поток ускоренных частиц, или к присоединению атомов, из которых сформирован второй поток ускоренных частиц, к атомам исходного вещества, при этом у замещающих атомов химическое сродство должно быть больше к атомам, остающимся в исходном веществе, чем у заменяемых, а химическое сродство у присоединяемых атомов к атомам исходного вещества должно быть больше, чем у атомов водорода.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что выбор участков поверхности исходного вещества, подвергаемых воздействию, осуществляется с помощью шаблона или маски.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что выбор участков поверхности исходного вещества, подвергаемых воздействию, осуществляется путем сканирования поверхности двумя модулированными пучками ускоренных частиц.
