CN109935510B - 一种多维静电扫描系统及离子注入系统 - Google Patents

一种多维静电扫描系统及离子注入系统 Download PDF

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本发明涉及一种多维静电扫描系统，包括对称的扫描电极一和非对称的扫描电极二，且所述对称的扫描电极一与非对称的扫描电极二的扫描方向相互垂直，所述对称的扫描电极一包括对称布置的扫描板一和二，所述扫描板一、二之间的电场至少部分分布不均匀；所述非对称的扫描电极二包括相对布置的扫描板三和扫描板四，所述扫描板三呈平板状，所述扫描板四包括扫描前段和扫描后段，所述扫描板四的所述扫描前段与所述扫描板三平行，所述扫描板四的所述扫描后段相对于所述扫描前段呈远离所述离子束的方向往外折弯。本发明还涉及一种基于上述多维静电扫描系统的离子注入系统。本发明具有能够在除去离子束中的中性粒子的同时提高离子注入角度一致性的优点。

Description

一种多维静电扫描系统及离子注入系统
技术领域
本发明涉及离子注入领域，尤其涉及一种多维静电扫描系统及基于该静电扫描系统的离子注入系统。
背景技术
量子通信是改变未来的颠覆性技术之一。2017年6月16日，中国“墨子号”量子卫星在世界上首次实现千公里级的量子纠缠，意味着量子通信向实用迈出了一大步，我国在该领域走在了世界的前列。量子通信是利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型通讯方式，具有纠缠态的两个粒子无论相距多远，只要一个发生变化，另一个也会瞬间发生变化。量子通信主要涉及量子密码通信、量子远程传态和量子密集编码等，具有安全性和高效性两个主要优点。
NV色心是金刚石中的一种发光点缺陷，是一种良好的单光子源，被广泛应用于量子通信中的量子密钥分配。通过离子注入的方式在高纯金刚石中注入N元素，取代金刚石中的C原子，并在临近位形成一个空穴，制作成一个NV色心。与传统离子注入方式不同，该注入工艺要求有离子束斑直径小（微米级）、注入剂量低、样品定位精度高等特点，对设备要求极高，目前国际上还没有此类专用设备。在衬底上扫描具有规定形状以及离子束区域的离子束(诸如点波束或带状束) ，以将物质注入到大于离子束区域的衬底区域中。可以相对于静止的束来扫描衬底或者可以使衬底和束相对于彼此来进行扫描。在任何这些情况中，许多应用要求衬底被均匀地注入大部分该衬底的上方。遗憾的是，在注入过程中可能产生某些不均匀性。
对于离子注入产生的不均匀性，一种类型的不均匀性是所谓平行的离子束的入射角度。在某些状况下，此种入射角展度可以有系统地穿过整个衬底，以使得朝向一侧的入射角不同于朝向另一侧的入射角。束线离子注入设备通常通过对经由束路径上的不同组件的离子进行塑形、偏转、加速以及减速来处理离子束。在许多系统中，即使在入射到衬底上之前的最终阶段的离子束的“准直”之后，整个衬底上的离子的垂直角展度仍可能例如在大约0.5°至1.0°之间。即使入射角的较小差异也可能对注入过程的均匀性产生较大影响。
此外，离子束还存在中性粒子束，对于所产生的中性粒子，目前，现有的离子注入机采用磁偏转透镜去除中性粒子束，成本高，增加设备体积调节麻烦，还降低设备的可靠性。
正是基于上述问题，需要本发明的改良。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种能够在去除中性粒子的同时能够提高离子注入角度一致性的静电扫描系统。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种多维静电扫描系统，用以在离子注入机中扫描离子束，包括对称的扫描电极一和非对称的扫描电极二，且所述扫描电极一与所述扫描电极二的扫描方向相互垂直，其特征在于，所述对称的扫描电极一包括对称布置的一对扫描板一和扫描板二，所述扫描板一、 二之间的电场至少部分分布不均匀；所述非对称的扫描电极二包括相对布置的扫描板三和扫描板四，所述扫描板三呈平板状，所述扫描板四包括扫描前段和扫描后段，且所述扫描板四的扫描前段与扫描板三平行，所述扫描板四的扫描后段相对于扫描板四的扫描前段呈远离所述离子束的方向往外折弯。
作为本发明的进一步改进：
所述扫描板一、二均包括扫描前段和扫描后段，所述扫描板一、二的所述扫描前段相互平行，每块扫描板的所述扫描后段相对于扫描前段呈远离所述离子束的方向往外折弯。
所述对称的扫描电极一为对称的Y电极，所述扫描板一与扫描板二沿垂直方向对称布置；所述非对称的扫描电极二为非对称的X电极，所述扫描板三与扫描板四沿水平方向相对布置。
所述离子束依次通过所述对称的扫描电极一、所述非对称的扫描电极二。
作为本发明的进一步改进，所述静电扫描系统还包括前抑制电极,所述前抑制电极用于在离子束在进入扫描电极之前进行二次电子的抑制；
作为本发明的进一步改进，所述静电扫描系统还包括后抑制电极,所述后抑制电极用于在离子束在进入扫描电极后进行二次电子的抑制。
可选地，在扫描电极一与扫描电极二之间可设有电子抑制电极。
作为一个总的发明构思，本发明的多维静电扫描系统可以作为离子注入系统的一部分。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1 本发明的静电扫描系统结构简单，通过采用对称的扫描电极一和非对称的扫描电极二，在除去离子束中的中性粒子的同时还能达到提高离子束的注入角度一致性的效果，在离子注入系统中能够省略现有的离子注入系统中用于除去中性粒子的磁偏转透镜，降低了整个离子注入系统结构的复杂度和成本，有效提高了离子注入系统的可靠性。
2 本发明的静电扫描系统通过使用前抑制电极，能够在离子束在进入扫描电极之前进行二次电子的抑制，有效防止离子束与二次电子结合成中性粒子而减少束流中的有效离子，通过使用后抑制电极，能够进一步防止离子束与二次电子结合成中性粒子而降低束流中的有效离子。
附图说明
图1为实施例一静电扫描系统的立体图。
图2为实施例一静电扫描系统的俯视图。
图3为实施例一静电扫描系统的左视图。
图4为实施例一离子偏转路径示意图。
图中各标号表示：
1、前抑制电极；2、对称的Y向扫描电极；3、非对称的X向扫描电极；4、后抑制电极；31、扫描板四的扫描前段；32、扫描板四的扫描后段。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
具体实施例
本实施例提供一种用于控制离子注入系统中的离子束的新颖的静电扫描系统，如图1、2、3、4所示，在本实施例中，所述的电扫描系统能调整穿过其中的离子束的束特性，在除去离子束中的中性粒子的同时提高离子注入角度的一致性。
该静电扫描系统包括前抑制电极（1）、对称的Y向扫描电极（2）、非对称的X向扫描电极（3）和后抑制电极（4），所述Y向扫描电极（2）包括沿垂直对称布置的一对扫描板一和二，扫描板一、二均包括扫描前段和扫描后段，所述扫描板一、二的所述扫描前段相互平行，每块扫描板的所述扫描后段相对于扫描前段呈远离所述离子束的方向往外折弯，将一对电压值V1、V1'（V1≠V1'）分别耦合到扫描板一和扫描板二，扫描板一、二的扫描后段之间的电场不均匀；所述非对称的X向扫描电极(3)包括沿水平方向相对布置的扫描板三和扫描板四，所述扫描板三为平板状，所述扫描板四包括扫描前段（31）和扫描后段（32），所述扫描板四的扫描前段（31）与扫描板三相互平行，所述扫描板四的扫描后段（32）相对于其扫描前段（31）呈远离所述离子束的方向往外折弯，将一对电压值V2、V2'（V2≠V2’）分别耦合到扫描板三和扫描板四，所述扫描板三与扫描板四的扫描后段之间的电场分布不均匀，且电压对V2、V2'的值满足能够实现正向的单边扫描的要求。
在进行离子注入时，所述离子依次通过前抑制电极（1）、对称的Y向扫描电极（2）、非对称的X向扫描电极（3）、后抑制电极（4）。所述前抑制电极（1）、后抑制电极（4)均用于进行二次电子的抑制，有效防止离子束与二次电子结合成中性粒子而减少束流中的有效离子；所述离子束在穿过对称的Y向扫描电极（2）和非对称的X向扫描电极（3）时在静电场的作用下，其中的带电离子发生了静电偏转，而中性粒子不发生偏转，从而实现带电离子和中性粒子的分离，防止极小束流时中性离子束干扰；所述对称的Y向扫描电极（2）能够实现离子束在注入到晶片或衬底上时进行水平方向的扫描，所述非对称的X向扫描电极（3）能够实现离子束在注入到晶片或衬底上时进行垂直方向的扫描。
所述离子束的扫描路径如图4所示，为了方便观察，图4中将不在同一平面内的AC、CE段中的离子束扫描变化路径画在同一平面，其中AB、BC段显示的是俯视时离子束所发生的变化，CD、DE段显示的是左示时离子束所发生的变化。相对于传统采用对称方式布置的扫描电极，本发明的扫描电极二为非对称相对布置的一对电极板，采用正向的单边扫描模式，进一步实现中性粒子与离子束的分离。
在本实施例中，对称的Y向扫描电极（2）与非对称的X向扫描电极（3）也可设有中间抑制电极。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种多维静电扫描系统，用以在离子注入机中扫描离子束，由对称的扫描电极一(2)、非对称的扫描电极二（3）、前抑制电极（1）、后抑制电极（4）和设于所述对称的扫描电极一(2)和非对称的扫描电极二（3）之间的中间抑制电极构成，且所述对称的扫描电极一(2)与非对称的扫描电极二（3）的扫描方向相互垂直，其特征在于，所述对称的扫描电极一(2)包括对称布置的扫描板一和扫描板二，所述扫描板一、扫描板二之间的电场至少部分分布不均匀；所述非对称的扫描电极二(3)包括相对布置的扫描板三和扫描板四，所述扫描板三呈平板状，所述扫描板四包括扫描前段（31）和扫描后段（32），所述扫描板四的扫描前段（31）与所述扫描板三平行，所述扫描板四的扫描后段（32）相对于所述扫描板四的扫描前段（31）呈远离所述离子束的方向往外折弯；
所述扫描板一、二均包括扫描前段和扫描后段，所述扫描板一、二的所述扫描前段相互平行，所述扫描板一、二的所述扫描后段相对于所述扫描前段呈远离所述离子束的方向往外折弯；
所述对称的扫描电极一（2）为对称的Y电极，所述扫描板一与扫描板二沿垂直方向对称布置；所述非对称的扫描电极二（3）为非对称的X电极，所述扫描板三与扫描板四沿水平方向相对布置；
所述前抑制电极（1）用于在离子束在进入扫描电极之前进行二次电子的抑制，
所述后抑制电极（4）用于在离子束在进入扫描电极之后进行二次电子的抑制。
2.根据权利要求1所述的多维静电扫描系统，其特征在于，所述离子束依次通过所述对称的扫描电极一（2）、所述非对称的扫描电极二（3）。
3.一种离子注入系统，其特征在于，其包括如权利要求1或2所述的多维静电扫描系统。
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