JP3237382B2 - Excited atomic beam source - Google Patents
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、半導体への不純物ドー
ピングに用いる励起原子線源に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an excited atomic beam source used for impurity doping of a semiconductor.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来の高速原子線源は、例えば特開平１
−３１３８９７号公報に示されたものが知られている。
従来の原子線源の構成を図６を用いて説明する。2. Description of the Related Art Conventional high-speed atomic beam sources are disclosed in, for example,
The one disclosed in JP-A-313897 is known.
The configuration of a conventional atomic beam source will be described with reference to FIG.
【０００３】図６において、純鉄製の針状陽極１に対向
するように純鉄製の円板状の第１の陰極２が設けられて
いる。第１の陰極２には、その中央に純鉄製のイオン中
性化ノズル４が設けられており、またノズル４の周囲に
は多数の小孔３が設けられている。第１の陰極の後方に
は、円板状の第２の陰極５が設けられている。さらに針
状陽極１と第１の陰極２との間には、非金属磁石６が設
けられており、針状陽極１とノズル４との間に磁界を印
加している。第２の陰極５の後方において、ノズル４に
はガス供給管７が接続されており、ガス供給管７からノ
ズル４の内部に酸素ガスを導入する。In FIG. 6, a pure iron disk-shaped first cathode 2 is provided so as to face a pure iron needle-like anode 1. The first cathode 2 is provided with an ion neutralizing nozzle 4 made of pure iron at the center thereof, and a number of small holes 3 around the nozzle 4. Behind the first cathode, a disk-shaped second cathode 5 is provided. Further, a non-metallic magnet 6 is provided between the acicular anode 1 and the first cathode 2, and applies a magnetic field between the acicular anode 1 and the nozzle 4. A gas supply pipe 7 is connected to the nozzle 4 behind the second cathode 5, and oxygen gas is introduced into the nozzle 4 from the gas supply pipe 7.
【０００４】第１の陰極２を接地し、針状陽極１に第１
の電源８により、正の高電圧を印加する。一方、第２の
電源９により第２の陰極５に負の高電圧を印可すると、
針状陽極１とノズル４との間及び第１の陰極２と第２の
陰極５との間にグロー放電が発生する。この放電によ
り、ノズル４の中心軸付近に高濃度の酸素イオンが発生
する。発生した酸素イオンはノズル４内部に入り、ノズ
ル４の内部に導入された酸素原子と衝突して電荷を失い
中性の酸素原子に戻る。一方、衝突された酸素原子は加
速されてノズル４から放出され、酸素の高速原子線が得
られる。The first cathode 2 is grounded, and the first anode 2 is
A positive high voltage is applied by the power supply 8 of FIG. On the other hand, when a high negative voltage is applied to the second cathode 5 by the second power supply 9,
Glow discharge occurs between the needle-like anode 1 and the nozzle 4 and between the first cathode 2 and the second cathode 5. This discharge generates high-concentration oxygen ions near the central axis of the nozzle 4. The generated oxygen ions enter the inside of the nozzle 4 and collide with oxygen atoms introduced into the nozzle 4 to lose charge and return to neutral oxygen atoms. On the other hand, the colliding oxygen atoms are accelerated and released from the nozzle 4, and a high-speed atomic beam of oxygen is obtained.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の原子線源の構成では、高速の酸素イオンがノズル４を
スパッタリングし、ノズル４の形状が変化するため、針
状陽極１とノズル４との間のグロー放電や酸素イオンの
発生が不安定になると同時に、高速原子線に蒸発したノ
ズル４の材料である不純物が混入するという問題点を有
していた。However, in the structure of the above-mentioned conventional atomic beam source, high-speed oxygen ions sputter the nozzle 4 and the shape of the nozzle 4 changes. The glow discharge and the generation of oxygen ions become unstable, and at the same time, there is a problem that impurities as a material of the nozzle 4 evaporated into the high-speed atomic beam are mixed.
【０００６】本発明は、上記問題点を解決するためにな
されたものであり、不純物が混入しない高速の励起原子
を安定して被加工物に到達させることができる励起原子
線源を提供することを目的としている。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide an excited atomic beam source capable of stably reaching high-speed excited atoms free of impurities from reaching a workpiece. It is an object.
【０００７】[0007]
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】 第１ の発明の励起原子線
源は、被放電ガスを噴出させるためのノズルと、前記ノ
ズルに対向するように設けられ前記ノズルから噴出した
被放電ガスの高速成分だけを通過させるためのスキマー
と、前記ノズルとスキマーとの間に磁界を発生させるた
めの手段を具備し、前記ノズルとスキマーとの間にプラ
ズマを発生手段が設けられている。 According to a first aspect of the present invention, there is provided an excited atomic beam source, comprising: a nozzle for ejecting a gas to be discharged; and a high-speed discharge gas ejected from the nozzle provided opposite to the nozzle. A skimmer for passing only the components and a means for generating a magnetic field between the nozzle and the skimmer are provided, and a means for generating plasma is provided between the nozzle and the skimmer.
【０００９】また第２の発明の励起原子線源は、被放電
ガスを噴出させるためのノズルと、前記ノズルに対向す
るように設けられ前記ノズルから噴出した被放電ガスの
高速成分だけを通過させるためのスキマーと、前記ノズ
ルとスキマーの周辺に配置されたアンテナと、前記ノズ
ルとスキマーとの間に磁界を発生させるための手段を具
備し、アンテナにマイクロ波を導入し前記ノズルとスキ
マーの間に放射させ、前記ノズルから噴出された前記被
放電ガスによりに前記ノズルとスキマーの間にマイクロ
波放電を発生させ、前記被放電ガスの励起原子線を発生
させるように構成されている。The excited atomic beam source according to the second invention is provided with a nozzle for ejecting a gas to be discharged and a high-speed component of the gas to be discharged ejected from the nozzle is provided so as to face the nozzle. A skimmer, an antenna disposed around the nozzle and the skimmer, and means for generating a magnetic field between the nozzle and the skimmer. And the discharge gas ejected from the nozzle generates microwave discharge between the nozzle and the skimmer to generate an excited atomic beam of the discharge gas.
【００１０】また第３の発明の励起原子線源は、開放端
部近傍に被放電ガスを噴出させるためのノズルを有する
中心導体と、前記中心導体と同軸に配置された外側導体
と、前記ノズルに対向するように設けられた小孔とを具
備し、前記中心導体と前記外側導体との間にマイクロ波
を導入し前記開放端部から放射させ、前記ノズルから噴
出された前記被放電ガスにより前記ノズルと前記小孔と
の間にマイクロ波放電を発生させ、前記被放電ガスの励
起原子線を発生させるように構成されている。According to a third aspect of the present invention, there is provided an excited atomic beam source, comprising: a center conductor having a nozzle for ejecting a gas to be discharged near an open end; an outer conductor coaxially arranged with the center conductor; A small hole provided so as to be opposed to, the microwave is introduced between the center conductor and the outer conductor and emitted from the open end, and the discharge target gas ejected from the nozzle is A microwave discharge is generated between the nozzle and the small hole to generate an excited atomic beam of the gas to be discharged.
【００１１】また第４の発明の励起原子線源は、開放端
部近傍に被放電ガスを噴出させるためのノズルを有する
中心導体と、前記中心導体と同軸に配置された外側導体
と、前記ノズルに対向するように設けられた小孔と、前
記ノズルの周辺に磁界を発生させるための手段とを具備
し、前記中心導体と前記外側導体との間にマイクロ波を
導入し前記開放端部から放射させ、前記ノズルから噴出
された前記被放電ガスにより前記ノズルと前記小孔との
間にマイクロ波放電を発生させ、前記被放電ガスの励起
原子線を発生させるように構成されている。According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an excited atomic beam source comprising: a central conductor having a nozzle for ejecting a gas to be discharged near an open end; an outer conductor coaxially arranged with the central conductor; And a means for generating a magnetic field around the nozzle, introducing microwaves between the center conductor and the outer conductor, and introducing the microwave from the open end. The discharge gas ejected from the nozzle generates microwave discharge between the nozzle and the small hole to generate an excited atomic beam of the discharge gas.
【００１２】また第５の発明の励起原子線源は、開放端
部近傍に被放電ガスを噴出させるためのノズルを有する
中心導体と、前記中心導体と同軸に配置された外側導体
と、前記ノズルに対向するように設けられたスキマー
と、前記ノズルとスキマーとの間に磁界を発生させるた
めの手段を具備し、前記中心導体と外側導体との間にマ
イクロ波を導入し前記開放端部から放射させ、前記ノズ
ルから噴出された前記被放電ガスにより前記ノズルとス
キマーとの間に有磁場のマイクロ波放電を発生させ、前
記被放電ガスの励起原子線を発生させるように構成され
ている。According to a fifth aspect of the present invention, there is provided an excited atomic beam source comprising: a central conductor having a nozzle for ejecting a gas to be discharged near an open end; an outer conductor coaxially arranged with the central conductor; And a means for generating a magnetic field between the nozzle and the skimmer, and a microwave introduced between the center conductor and the outer conductor, and the skimmer is provided from the open end. The discharge target gas ejected from the nozzle generates a microwave discharge having a magnetic field between the nozzle and the skimmer, thereby generating an excited atomic beam of the discharge gas.
【００１３】また第６の発明の励起原子線源は、開放端
部近傍に被放電ガスを噴出させるためのノズルを有する
中心導体と、前記中心導体と同軸に配置された外側導体
と、前記ノズルに対向するように設けられたスキマー
と、前記ノズルと前記スキマーとの間に磁界を発生させ
るための手段と、前記ノズルに接続された高速弁とを具
備し、前記中心導体と外側導体との間にマイクロ波を導
入し前記開放端部から放射させ、前記ノズルとスキマー
との間に間欠的に前記被放電ガスを供給し、前記ノズル
から間欠的に噴出された前記被放電ガスにより前記ノズ
ルとスキマーとの間に有磁場のマイクロ波放電を発生さ
せ、前記被放電ガスの励起原子線を発生させるように構
成されている。According to a sixth aspect of the present invention, there is provided an excited atomic beam source, comprising: a central conductor having a nozzle for ejecting a gas to be discharged near an open end; an outer conductor coaxially arranged with the central conductor; A skimmer provided so as to face the device, means for generating a magnetic field between the nozzle and the skimmer, and a high-speed valve connected to the nozzle, wherein the center conductor and the outer conductor A microwave is introduced between the nozzles and radiated from the open end, the discharge gas is supplied intermittently between the nozzle and the skimmer, and the discharge gas is intermittently ejected from the nozzle. A microwave discharge having a magnetic field is generated between the discharger and the skimmer, and an excited atomic beam of the gas to be discharged is generated.
【００１４】上記構成において、マイクロ波の周波数は
２．４５ＧＨｚであることが好ましく、また、スキマー
は誘電体であることが好ましい。または、スキマーは磁
性体であることが好ましい。また、上記構成において、
磁界発生手段はノズルとスキマーとの周囲にそれぞれ配
置された一対のリング状永久磁石であることが好まし
い。In the above configuration, the microwave frequency is preferably 2.45 GHz, and the skimmer is preferably a dielectric. Alternatively, the skimmer is preferably a magnetic material. In the above configuration,
The magnetic field generating means is preferably a pair of ring-shaped permanent magnets arranged around the nozzle and the skimmer, respectively.
【００１５】[0015]
【作用】本発明は上記した構成により、超音速の被放電
ガスの原子ビームを発生させるノズルとスキマーとの間
に放電を引き起こし、この放電により電子とイオンに電
離され、被放電ガスのプラズマ（窒素プラズマ）流束が
発生する。発生したプラズマはある程度の指向性を有し
ているため、励起原子線が発生する。また、中心導体及
び外側導体との間にマイクロ波を導入し、これらの開放
端部からマイクロ波を放射した状態で中心導体の開放端
部近傍に設けたノズルから被放電ガス（例えば、窒素ガ
ス）を噴出させると、マイクロ波放電を引き起こす。こ
の放電により電子とイオンに電離され、被放電ガスのプ
ラズマ（窒素プラズマ）流束が発生する。発生したプラ
ズマはある程度の指向性を有しているため、励起原子線
が発生する。According to the present invention, a discharge is generated between a nozzle for generating an atomic beam of a supersonic gas to be discharged and a skimmer, and the discharge is ionized into electrons and ions by the above-described structure. Nitrogen plasma) flux is generated. Since the generated plasma has a certain degree of directivity, an excited atomic beam is generated. In addition, microwaves are introduced between the center conductor and the outer conductor, and microwaves are radiated from these open ends, and a gas to be discharged (for example, nitrogen gas) is discharged from a nozzle provided near the open end of the center conductor. ) Causes microwave discharge. This discharge ionizes electrons and ions and generates a plasma (nitrogen plasma) flux of the gas to be discharged. Since the generated plasma has a certain degree of directivity, an excited atomic beam is generated.
【００１６】また、ノズルの周辺に磁界を発生させるこ
とにより、マイクロ波放電により発生した電子は磁場に
捕獲され、ノズルの中心軸付近に収束したプラズマ流束
が生成される。その結果、励起原子線源の指向性が向上
する。さらに、ノズルに対向する位置にスキマーを設
け、マイクロ波放電により発生したプラズマ流束の中心
部だけを通過させることにより、極めて指向性の高い励
起原子線源が得られる。さらに、ノズルを高速弁に接続
し、ノズルから間欠的に被放電ガスを噴出させることに
より、励起原子線を間欠的に発生させることができ、半
導体への不純物ドーピングの制御が容易になる。By generating a magnetic field around the nozzle, electrons generated by the microwave discharge are captured by the magnetic field, and a plasma flux converged near the central axis of the nozzle is generated. As a result, the directivity of the excited atomic beam source is improved. Further, by providing a skimmer at a position facing the nozzle and passing only the center of the plasma flux generated by the microwave discharge, an excited atomic beam source with extremely high directivity can be obtained. Furthermore, by connecting the nozzle to a high-speed valve and intermittently ejecting the gas to be discharged from the nozzle, an excited atomic beam can be generated intermittently, which facilitates control of impurity doping into the semiconductor.
【００１７】[0017]
（第１の実施例）本発明の励起原子線源の好適な第１の
実施例を図１を用い、ＺｎＳｅ薄膜への窒素ドーピング
を行う場合を例にして説明する。(First Embodiment) A preferred first embodiment of the excited atomic beam source of the present invention will be described with reference to FIG. 1 by taking as an example the case of doping nitrogen into a ZnSe thin film.
【００１８】図１において、ガス導入管１１から導入さ
れたガス流は、ノズル１２を通り過ぎ、流束の中心部だ
けを通過させるスキマー１３と呼ばれる孔を通る。空気
力学の一般法則から、例えば、文献「アトム アンド
イオン ソースズ」ジョンウイレイ アンド サンズ出
版、ロンドン、1977年（L.Valyi：ATOM AND ION SOURCE
S（JOHN WILEY & SONS））の第91頁の設計によれば、ス
キマー１３を通過した原子は超音速となりビームを形成
するに十分な速度と方向性が得られる。ここで、ノズル
１２とスキマー１３との間を流れるガスにループアンテ
ナ１４から、例えば同軸コネクター１５を通して２．４
５ＧＨｚのマイクロ波を放射する。In FIG. 1, a gas flow introduced from a gas introduction pipe 11 passes through a nozzle 12 and passes through a hole called a skimmer 13 which passes only a central portion of the flux. From the general rules of aerodynamics, for example, the document "Atom and
Ion Sources, John Welay and Sons Publishing, London, 1977 (L.Valyi: ATOM AND ION SOURCE
According to the design on page 91 of S (JOHN WILEY & SONS), the atoms that have passed through the skimmer 13 become supersonic and have sufficient velocity and directionality to form a beam. Here, the gas flowing between the nozzle 12 and the skimmer 13 is transmitted from the loop antenna 14 through the coaxial connector 15, for example, to 2.4.
Emit 5 GHz microwaves.
【００１９】また、ノズル１２とスキマー１３は磁性体
でできており、磁性体の上部フランジ１６と磁性体の下
部フランジ１７にそれぞれつながっており、上部フラン
ジ１６と下部フランジ１７の間には非磁性体のガイドフ
ランジ１８で支持されたリング状の永久磁石１９と継ぎ
鉄２０がはめ込んであり、非磁性体のプラズマ生成室２
１で囲まれたノズル１２とスキマー１３の間に例えば、
１kGの磁界を発生させる事ができる。The nozzle 12 and the skimmer 13 are made of a magnetic material, and are connected to an upper flange 16 of the magnetic material and a lower flange 17 of the magnetic material, respectively. A non-magnetic material is provided between the upper flange 16 and the lower flange 17. A ring-shaped permanent magnet 19 supported by a body guide flange 18 and a yoke 20 are fitted into the non-magnetic plasma generation chamber 2.
For example, between the nozzle 12 and the skimmer 13 surrounded by 1
A magnetic field of 1 kG can be generated.
【００２０】上記第１の実施例に示す構造において、図
２に示すように、ノズル１２の矢印Ｘで示す方向から、
例えば窒素ガスを流す。窒素ガスは、例えば、ガス導入
管１１から３０度の円錐で0.3mm径、長さ0.6mmの管に導
かれノズル１２を出る。そして、ノズル１２の先から、
例えば2.6mm離れたところに開口径0.6mmのスキマー１３
がある。スキマー１３は、例えば内側の傾斜２５度、外
側が３５度の円錐管である。マイクロ波はループアンテ
ナ１４により、ノズル１２とスキマー１３の間隙を狙っ
て周囲から矢印Ｙで示す方向に放射される。磁界２２に
より、マイクロ波プラズマ２３はノズル１２とスキマー
１３との間に強く閉じ込められる。In the structure shown in the first embodiment, as shown in FIG.
For example, a nitrogen gas is supplied. The nitrogen gas, for example, is guided from a gas introduction pipe 11 to a pipe having a diameter of 0.3 mm and a length of 0.6 mm as a 30-degree cone and exits the nozzle 12. And from the tip of the nozzle 12,
For example, a skimmer 13 with an opening diameter of 0.6 mm at a distance of 2.6 mm
There is. The skimmer 13 is, for example, a conical tube having an inner inclination of 25 degrees and an outer inclination of 35 degrees. The microwave is radiated by the loop antenna 14 from the surroundings in the direction indicated by the arrow Y, aiming at the gap between the nozzle 12 and the skimmer 13. Due to the magnetic field 22, the microwave plasma 23 is strongly confined between the nozzle 12 and the skimmer 13.
【００２１】このプラズマ２３により窒素ガスは励起さ
れ、励起窒素を含む超音速のビーム２４として、放出さ
れる。その結果、第１の実施例に係る装置により窒素励
起原子線が生成される。この励起された窒素原子線を成
長中のＺｎＳｅ薄膜に照射することにより、窒素ドーピ
ングを行う。分子線エピタキシャル（ＭＢＥ）装置に第
１の実施例に係る装置を設置し、ＭＢＥ成長中のＺｎＳ
ｅ膜に窒素励起原子線を照射することにより、キャリア
密度5.7×1017cm-3のｐ型ＺｎＳｅを作成することがで
きた。The nitrogen gas is excited by the plasma 23 and emitted as a supersonic beam 24 containing the excited nitrogen. As a result, a nitrogen-excited atomic beam is generated by the apparatus according to the first embodiment. By irradiating the growing ZnSe thin film with the excited nitrogen atom beam, nitrogen doping is performed. The apparatus according to the first embodiment is installed in a molecular beam epitaxy (MBE) apparatus, and ZnS is grown during MBE growth.
By irradiating the e-film with a nitrogen-excited atomic beam, p-type ZnSe having a carrier density of 5.7 × 10 17 cm −3 was produced.
【００２２】なお、アンテナ１４はループ状としたが、
ノズル１２とスキマー１３との間の近傍にあれば直線状
でも同じ効果が得られる。Although the antenna 14 has a loop shape,
The same effect can be obtained even in a linear shape as long as it is in the vicinity between the nozzle 12 and the skimmer 13.
【００２３】（第２の実施例）以下、本発明の第２の実
施例について、図３を参照しながら説明する。図３は本
発明に係る励起原子線源の第２の実施例の構成を示す断
面図である。(Second Embodiment) Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a sectional view showing the configuration of a second embodiment of the excited atomic beam source according to the present invention.
【００２４】図３において、プラズマ室３３の上部に設
けられた第１のフランジ３２には、同軸コネクター３１
が接続されている。同軸コネクター３１の中心軸上には
中心導体３４が設けられ、また中心導体３４と同心的に
外側導体３６が設けられている。中心導体３４の開放端
部側には中空のノズル３５がはめ込まれ、ノズル３５の
先端３５ａはプラズマ室３３に向かって突き出してい
る。ノズル３５及び中心導体３４と外側導体３６との間
には放電防止用の誘電体３７が設けられている。In FIG. 3, a first flange 32 provided above a plasma chamber 33 has a coaxial connector 31 attached thereto.
Is connected. A central conductor 34 is provided on the central axis of the coaxial connector 31, and an outer conductor 36 is provided concentrically with the central conductor 34. A hollow nozzle 35 is fitted into the open end of the center conductor 34, and the tip 35 a of the nozzle 35 projects toward the plasma chamber 33. A dielectric 37 for preventing discharge is provided between the nozzle 35 and the center conductor 34 and the outer conductor 36.
【００２５】第１のフランジ３２及び誘電体３７には、
中心導体３４及びノズル３５の中心軸に対して直交する
方向に管路３２ａ及び３７ａがそれぞれ設けられてい
る。また、管路３２ａにはガス供給管３８が接続されて
おり、ノズル３５の中空部３５ｂに窒素ガス等を供給す
る。プラズマ室３３の内部には、ノズル３５の先端３５
ａに対向するように小孔３９が設けられている。また、
プラズマ室３３には冷却用の水冷パイプ３０が接続さ
れ、プラズマ室３３の壁部に設けられた冷却部３３ａに
冷却水を供給する。プラズマ室３３の底部には、第１の
フランジ３２と対向するように第２のフランジ４１が取
り付けられており、プラズマ室３３の底部開口３３ｂを
真空装置等（図示せず）に接続し、プラズマ室３３内の
気体等を充分に排気することができる。The first flange 32 and the dielectric 37 have
Pipelines 32a and 37a are provided in directions perpendicular to the central axes of the central conductor 34 and the nozzle 35, respectively. Further, a gas supply pipe 38 is connected to the conduit 32a, and supplies a nitrogen gas or the like to the hollow portion 35b of the nozzle 35. Inside the plasma chamber 33, a tip 35 of a nozzle 35 is provided.
A small hole 39 is provided so as to face a. Also,
A water cooling pipe 30 for cooling is connected to the plasma chamber 33, and supplies cooling water to a cooling unit 33 a provided on the wall of the plasma chamber 33. A second flange 41 is attached to the bottom of the plasma chamber 33 so as to face the first flange 32. The bottom opening 33b of the plasma chamber 33 is connected to a vacuum device or the like (not shown), The gas and the like in the chamber 33 can be sufficiently exhausted.
【００２６】上記第２の実施例に示す構造において、同
軸コネクター３１の大気側から矢印Ｘで示す方向に、例
えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を導入する。マイクロ
波は同軸コネクター３１を通り、中心導体３４及びノズ
ル３５と外側導体３６との間を伝播し、ノズル３５及び
外側導体３６のプラズマ室３３側の開放端部からノズル
３５の先端３５ａと小孔３９との間に放射される。In the structure shown in the second embodiment, for example, a microwave of 2.45 GHz is introduced from the atmosphere side of the coaxial connector 31 in the direction shown by the arrow X. The microwave passes through the coaxial connector 31 and propagates between the center conductor 34 and the nozzle 35 and the outer conductor 36, and from the open ends of the nozzle 35 and the outer conductor 36 on the plasma chamber 33 side, the tip 35 a of the nozzle 35 and the small hole 39 and emitted.
【００２７】一方、ガス供給管３８から、例えば窒素ガ
スを矢印Ｙで示す方向に導入する。窒素ガスは第１のフ
ランジ３２の管路３２ａから、誘電体３７の管路３７ａ
を通ってノズル３５の内部３５ｂに導入される。ノズル
３５は、例えば外径４mm、内径２mmの管で３０度の円錐
勾配部分を経て先端３５ａの内部は0.3mm径、長さ0.6mm
の管になっている。窒素ガスはノズル３５の先端３５ａ
から小孔３９に向かって噴出する。ノズル３５及び外側
導体３６の開放端部からマイクロ波を放射した状態で、
ノズル３５から窒素ガスを噴出させると、マイクロ波放
電が引き起こされる。この放電により、窒素は電子とイ
オンに電離され、窒素ガスのプラズマ流束が発生する。
このプラズマ流束は、ある程度指向性を持ち、小孔３９
から放出される。On the other hand, for example, nitrogen gas is introduced from the gas supply pipe 38 in the direction shown by the arrow Y. The nitrogen gas is supplied from the conduit 32a of the first flange 32 to the conduit 37a of the dielectric 37.
Through the nozzle 35 into the inside 35b of the nozzle 35. The nozzle 35 is, for example, a tube having an outer diameter of 4 mm and an inner diameter of 2 mm, passing through a 30-degree conical slope portion, and having a 0.3 mm diameter and 0.6 mm length inside the tip 35 a.
It is a tube. Nitrogen gas is the tip 35a of the nozzle 35
From the small hole 39. With the microwave radiated from the open ends of the nozzle 35 and the outer conductor 36,
When nitrogen gas is ejected from the nozzle 35, microwave discharge is caused. By this discharge, nitrogen is ionized into electrons and ions, and a plasma flux of nitrogen gas is generated.
This plasma flux has a certain degree of directivity,
Released from
【００２８】その結果、第２の実施例に係る装置により
窒素励起原子線が生成される。この励起された窒素原子
線を成長中のＺｎＳｅ薄膜に照射することにより、窒素
ドーピングを行う。As a result, a nitrogen-excited atomic beam is generated by the apparatus according to the second embodiment. By irradiating the growing ZnSe thin film with the excited nitrogen atom beam, nitrogen doping is performed.
【００２９】（第３の実施例）以下本発明の励起原子線
源の好適な第３の実施例を図４を用いて説明する。図４
は本発明に係る励起原子線源の第３の実施例の構成を示
す断面図である。なお、図３に示す第２の実施例と同一
の番号を付した部材は実質的に同一のものであるため、
その説明は省略する。(Third Embodiment) A third preferred embodiment of the excited atomic beam source according to the present invention will be described below with reference to FIG. FIG.
FIG. 6 is a sectional view showing a configuration of a third embodiment of the excited atomic beam source according to the present invention. Note that the members denoted by the same reference numerals as those in the second embodiment shown in FIG. 3 are substantially the same,
The description is omitted.
【００３０】図４において、外側導体３６の周囲にはリ
ング状の永久磁石６２が設置されている。小孔３９の周
囲にもリング状の永久磁石６３が設置されており、永久
磁石６２及び６３によりプラズマ室３３の内部におい
て、矢印Ｚで示す方向に磁界を発生させる。In FIG. 4, a ring-shaped permanent magnet 62 is provided around the outer conductor 36. A ring-shaped permanent magnet 63 is also provided around the small hole 39, and the permanent magnets 62 and 63 generate a magnetic field in a direction indicated by an arrow Z inside the plasma chamber 33.
【００３１】第３の実施例に示す構造において、同軸コ
ネクター３１の大気側から矢印Ｘで示す方向に、例えば
２．４５ＧＨｚのマイクロ波を導入する。また、ガス供
給管３８から、例えば窒素ガスを矢印Ｙで示す方向に導
入する。そうすると、前記第２の実施例と同様に、ノズ
ル３５及び外側導体３６の開放端部からマイクロ波を放
射した状態で、ノズル３５から窒素ガスを噴出させる
と、マイクロ波放電が引き起こされる。In the structure shown in the third embodiment, for example, a microwave of 2.45 GHz is introduced from the atmospheric side of the coaxial connector 31 in the direction indicated by the arrow X. Further, for example, nitrogen gas is introduced from the gas supply pipe 38 in a direction indicated by an arrow Y. Then, similarly to the second embodiment, when a nitrogen gas is ejected from the nozzle 35 in a state where the microwave is radiated from the open ends of the nozzle 35 and the outer conductor 36, a microwave discharge is caused.
【００３２】この放電により、窒素は電子とイオンに電
離され、窒素ガスのプラズマ流束が発生する。この時、
永久磁石６２及び６３により発生されたノズル３５の先
端３５ａ付近での磁場を、例えば、0.9kGとすると、マ
イクロ波放電により発生した電子は磁場に捕獲され、ノ
ズル３５と小孔３９の中心軸付近に収束した窒素プラズ
マが生成される。その結果、第３の実施例に係る装置に
より発生される窒素励起原子線源は、第２の実施例に係
る装置により発生されるものよりも、指向性の強いもの
となる。By this discharge, nitrogen is ionized into electrons and ions, and a plasma flux of nitrogen gas is generated. At this time,
Assuming that the magnetic field in the vicinity of the tip 35a of the nozzle 35 generated by the permanent magnets 62 and 63 is, for example, 0.9 kG, the electrons generated by the microwave discharge are captured by the magnetic field, and are in the vicinity of the central axis of the nozzle 35 and the small hole 39. Is generated. As a result, the nitrogen-excited atomic beam source generated by the apparatus according to the third embodiment has a higher directivity than that generated by the apparatus according to the second embodiment.
【００３３】（第４の実施例）本発明の励起原子線源の
好適な第４の実施例を図５を用いて説明する。図５は本
発明に係る励起原子線源の第４の実施例の構成を示す断
面図である。なお、図３に示す第２の実施例及び図４に
示す第３の実施例と同一の番号を付した部材は実質的に
同一のものであるため、その説明は省略する。(Fourth Embodiment) A preferred fourth embodiment of the excited atomic beam source according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a sectional view showing the configuration of a fourth embodiment of the excited atomic beam source according to the present invention. Note that the members denoted by the same reference numerals as those in the second embodiment shown in FIG. 3 and the third embodiment shown in FIG. 4 are substantially the same, and therefore the description thereof will be omitted.
【００３４】図５において、ノズル３５の先端に対向す
るように非磁性体で作成されたスキマー７９がプラズマ
室３３の内部に設けられている。また、第３の実施例と
同様に、スキマー７９の周囲にはリング状の永久磁石６
３が設置されており、永久磁石６２及び６３によりプラ
ズマ室３３の内部において矢印Ｚで示す方向に磁界を発
生させる。ノズル３５は、例えば、外径４mm、内径２mm
の管で３０度の円錐勾配部分を経て、先端３５ａは0.3m
m径、長さ0.6mmの管になっている。また、スキマー７９
は、例えば内側の傾斜２５度、外側が３５度の円錐管で
ある。例えば、ノズル３５の先から、2.6mm離れたとこ
ろに開口径0.6mmのスキマー７９が設けられているもの
とする。空気力学の一般法則から、例えば、前述したよ
うに前記文献の設計によれば、スキマー７９を通過した
原子は超音速となり、ビームを形成するに十分な速度と
方向性が得られる。In FIG. 5, a skimmer 79 made of a nonmagnetic material is provided inside the plasma chamber 33 so as to face the tip of the nozzle 35. Further, similarly to the third embodiment, the ring-shaped permanent magnet 6 is provided around the skimmer 79.
The permanent magnets 62 and 63 generate a magnetic field in the plasma chamber 33 in the direction indicated by the arrow Z. The nozzle 35 has, for example, an outer diameter of 4 mm and an inner diameter of 2 mm
After passing through a 30-degree conical slope in the tube, the tip 35a is 0.3m
It is a tube with a diameter of m and a length of 0.6 mm. Also, skimmer 79
Is a conical tube having, for example, an inner inclination of 25 degrees and an outer inclination of 35 degrees. For example, it is assumed that a skimmer 79 having an opening diameter of 0.6 mm is provided at a position 2.6 mm away from the tip of the nozzle 35. From the general rules of aerodynamics, for example, as described above, according to the design of the above-mentioned document, atoms passing through the skimmer 79 become supersonic, and a velocity and direction sufficient to form a beam can be obtained.
【００３５】第４の実施例に示す構造において、同軸コ
ネクター３１の大気側から矢印Ｘで示す方向に、例えば
２．４５ＧＨｚのマイクロ波を導入する。また、ガス供
給管３８から、例えば窒素ガスを矢印Ｙで示す方向に導
入する。そうすると、前記第２の実施例と同様に、ノズ
ル３５及び外側導体３６の開放端部からノズル３５とス
キマー７９との間にマイクロ波を放射した状態で、ノズ
ル３５から窒素ガスを噴出させると、マイクロ波放電が
引き起こされる。この放電により、窒素は電子とイオン
に電離され、窒素ガスのプラズマ流束が発生する。In the structure shown in the fourth embodiment, for example, a microwave of 2.45 GHz is introduced from the atmospheric side of the coaxial connector 31 in the direction shown by the arrow X. Further, for example, nitrogen gas is introduced from the gas supply pipe 38 in a direction indicated by an arrow Y. Then, similarly to the second embodiment, when the microwave is radiated from the open ends of the nozzle 35 and the outer conductor 36 between the nozzle 35 and the skimmer 79, the nitrogen gas is ejected from the nozzle 35, A microwave discharge is caused. By this discharge, nitrogen is ionized into electrons and ions, and a plasma flux of nitrogen gas is generated.
【００３６】この時、永久磁石６２及び６３により発生
されたノズル３５の先端３５ａ付近での磁場を、例えば
0.9kGとすると、マイクロ波放電により発生した電子は
磁場に捕獲され、ノズル３５とスキマー７９の中心軸付
近に収束した窒素プラズマが生成される。生成された窒
素プラズマは、流束の中心部だけしかスキマー７９を通
過することができない。従って、第４の実施例に係る装
置により発生される窒素励起原子線源は、極めて指向性
の強い超音速流体となる。At this time, the magnetic field near the tip 35a of the nozzle 35 generated by the permanent magnets 62 and 63 is, for example,
At 0.9 kG, electrons generated by the microwave discharge are captured by the magnetic field, and nitrogen plasma converged near the central axis of the nozzle 35 and the skimmer 79 is generated. The generated nitrogen plasma can only pass through skimmer 79 at the center of the flux. Therefore, the nitrogen-excited atomic beam source generated by the apparatus according to the fourth embodiment is a supersonic fluid having extremely high directivity.
【００３７】上記実施例では、スキマー７９は非磁性体
としたが、磁性体であっても誘電体であっても同じ様な
効果が得られる。また、ノズル３５を高速弁（図示せ
ず）に接続し、ノズル３５から窒素ガスを間欠的に噴出
させるように構成してもよい。この場合、励起原子線を
任意に発生させることができ、半導体への不純物ドーピ
ングの制御が容易になる。In the above embodiment, the skimmer 79 is made of a non-magnetic material. However, the same effect can be obtained by using a magnetic material or a dielectric material. Alternatively, the nozzle 35 may be connected to a high-speed valve (not shown) so that nitrogen gas is intermittently ejected from the nozzle 35. In this case, the excited atomic beam can be arbitrarily generated, and the control of impurity doping into the semiconductor becomes easy.
【００３８】[0038]
【発明の効果】以上のように、本発明の励起原子線源に
よれば、励起原子線をマイクロ波放電により発生させて
いるため、従来の直流放電による場合と比較してノズル
等をスパッタリングすることがなく、ノズルの経時変化
や励起された原子線に不純物が混じることもない。その
ため、極めて安定した高純度の励起原子線を得る事がで
きる。As described above, according to the excited atomic beam source of the present invention, the excited atomic beam is generated by the microwave discharge, so that the nozzle or the like is sputtered as compared with the case of the conventional direct current discharge. In addition, there is no aging of the nozzle and no contamination of the excited atomic beam. Therefore, an extremely stable high-purity excited atomic beam can be obtained.
【００３９】また、ノズルの周辺に磁界を発生させるこ
とにより、マイクロ波放電により発生した電子は磁場に
捕獲され、ノズルの中心軸付近に収束したプラズマ流束
が生成されるため、励起原子線の指向性が向上する。Also, by generating a magnetic field around the nozzle, electrons generated by the microwave discharge are captured by the magnetic field, and a plasma flux converged near the central axis of the nozzle is generated. Directivity is improved.
【００４０】さらに、ノズルに対向する位置にスキマー
を設け、マイクロ波放電により発生したプラズマ流束の
中心部だけを通過させることにより、極めて指向性の高
い超音速の励起原子線が得られる。Further, by providing a skimmer at a position facing the nozzle and passing only the center of the plasma flux generated by the microwave discharge, a supersonic excited atomic beam having extremely high directivity can be obtained.
【００４１】さらに、ノズルを高速弁に接続し、ノズル
から間欠的に被放電ガスを噴出させることにより、励起
原子線を任意に発生させ、半導体への不純物ドーピング
を容易に制御することができる。Further, by connecting the nozzle to a high-speed valve and ejecting the gas to be discharged intermittently from the nozzle, an excited atomic beam can be arbitrarily generated, and impurity doping into the semiconductor can be easily controlled.
【図１】本発明に係る励起原子線源の第１の実施例の構
成を示す断面図FIG. 1 is a sectional view showing a configuration of a first embodiment of an excited atomic beam source according to the present invention.
【図２】本発明に係る励起原子線源の第１の実施例の動
作を示す図FIG. 2 is a diagram showing the operation of the first embodiment of the excited atomic beam source according to the present invention.
【図３】本発明に係る励起原子線源の第２の実施例の構
成を示す断面図FIG. 3 is a sectional view showing the configuration of a second embodiment of the excited atomic beam source according to the present invention.
【図４】本発明に係る励起原子線源の第３の実施例の構
成を示す断面図FIG. 4 is a sectional view showing the configuration of a third embodiment of the excited atomic beam source according to the present invention.
【図５】本発明に係る励起原子線源の第４の実施例の構
成を示す断面図FIG. 5 is a sectional view showing the configuration of a fourth embodiment of the excited atomic beam source according to the present invention.
【図６】従来の励起原子線源を示す一部切り欠き斜視図FIG. 6 is a partially cutaway perspective view showing a conventional excited atomic beam source.
１１ ガス導入管 １２ ノズル １３ スキマー １４ アンテナ １５ コネクター １６ 上部フランジ １７ 下部フランジ １８ ガイドフランジ １９ 永久磁石 ２０ 継ぎ鉄 ２１ プラズマ生成室 ２２ 磁界 ２３ プラズマ ２４ ビーム ３１ 同軸コネクター ３２ 第１のフランジ ３３ プラズマ室 ３４ 中心導体 ３５ ノズル ３６ 外側導体 ３７ 誘電体 ３８ ガス供給管 ３９ 小孔 ４０ 冷却パイプ ４１ 第２のフランジ ６２ 永久磁石 ６３ 永久磁石 ７９ スキマー DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Gas introduction pipe 12 Nozzle 13 Skimmer 14 Antenna 15 Connector 16 Upper flange 17 Lower flange 18 Guide flange 19 Permanent magnet 20 Yoke 21 Plasma generation chamber 22 Magnetic field 23 Plasma 24 Beam 31 Coaxial connector 32 First flange 33 Plasma chamber 34 Center Conductor 35 Nozzle 36 Outer conductor 37 Dielectric 38 Gas supply pipe 39 Small hole 40 Cooling pipe 41 Second flange 62 Permanent magnet 63 Permanent magnet 79 Skimmer
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H05H 3/02 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H05H 3/02
Claims (10)
と、前記ノズルに対向するように設けられ前記ノズルか
ら噴出した被放電ガスの高速成分だけを通過させるため
のスキマーと、前記ノズルと前記スキマーとの間に磁界
を発生させるための手段とを具備し、前記ノズルと前記
スキマーとの間にプラズマを発生させる発生手段を設け
た励起原子線源。A nozzle for 1. A jetting the discharge gas, and the skimmer for passing only the high speed component of the discharge gas ejected from the nozzle is provided as to face the nozzle, wherein said nozzle skimmer Means for generating a magnetic field between the nozzle and the skimmer, and a generating means for generating plasma between the nozzle and the skimmer.
と、前記ノズルに対向するように設けられ前記ノズルか
ら噴出した被放電ガスの高速成分だけを通過させるため
のスキマーと、前記ノズルと前記スキマーの周辺に配置
されたアンテナと、前記ノズルと前記スキマーとの間に
磁界を発生させるための手段とを具備し、前記アンテナ
にマイクロ波を導入し前記ノズルと前記スキマーの間に
放射させ、前記ノズルから噴出された前記被放電ガスに
より前記ノズルと前記スキマーの間にマイクロ波放電を
発生させ、前記被放電ガスの励起原子線を発生させる励
起原子線源。 2. A nozzle for ejecting a gas to be discharged, a skimmer provided opposite to the nozzle for passing only a high-speed component of the gas to be discharged ejected from the nozzle, the nozzle and the skimmer An antenna disposed around the nozzle, and means for generating a magnetic field between the nozzle and the skimmer, microwaves are introduced into the antenna and radiated between the nozzle and the skimmer, An excited atomic beam source that generates a microwave discharge between the nozzle and the skimmer by the discharged gas ejected from the nozzle to generate an excited atomic beam of the discharged gas.
ためのノズルを有する中心導体と、前記中心導体と同軸
に配置された外側導体と、前記ノズルに対向するように
設けられた小孔とを具備し、前記中心導体と前記外側導
体との間にマイクロ波を導入し前記開放端部から放射さ
せ、前記ノズルから噴出された前記被放電ガスにより前
記ノズルと前記小孔との間にマイクロ波放電を発生さ
せ、前記被放電ガスの励起原子線を発生させる励起原子
線源。 3. A central conductor having a nozzle for ejecting a gas to be discharged near an open end, an outer conductor coaxially arranged with the central conductor, and a small hole provided to face the nozzle. A microwave is introduced between the center conductor and the outer conductor and radiated from the open end, and the discharged gas ejected from the nozzle causes a discharge between the nozzle and the small hole. An excited atomic beam source that generates a microwave discharge and generates an excited atomic beam of the gas to be discharged.
ためのノズルを有する中心導体と、前記中心導体と同軸
に配置された外側導体と、前記ノズルに対向するように
設けられた小孔と、前記ノズルの周辺に磁界を発生させ
るための手段とを具備し、前記中心導体と前記外側導体
との間にマイクロ波を導入し前記開放端部から放射さ
せ、前記ノズルから噴出された前記被放電ガスにより前
記ノズルと前記小孔との間にマイクロ波放電を発生さ
せ、前記被放電ガスの励起原子線を発生させる励起原子
線源。 4. A central conductor having a nozzle for ejecting a gas to be discharged in the vicinity of an open end, an outer conductor arranged coaxially with the central conductor, and a small hole provided to face the nozzle. And a means for generating a magnetic field around the nozzle, wherein microwaves are introduced between the central conductor and the outer conductor and radiated from the open end, and the microwave ejected from the nozzle is provided. An excited atomic beam source that generates a microwave discharge between the nozzle and the small hole by the discharged gas to generate an excited atomic beam of the discharged gas.
ためのノズルを有する中心導体と、前記中心導体と同軸
に配置された外側導体と、前記ノズルに対向するように
設けられたスキマーと、前記ノズルと前記スキマーとの
間に磁界を発生させるための手段とを具備し、前記中心
導体と前記外側導体との間にマイクロ波を導入し前記開
放端部から放射させ、前記ノズルから噴出された前記被
放電ガスにより前記ノズルと前記スキマーとの間に有磁
場のマイクロ波放電を発生させ、前記被放電ガスの励起
原子線を発生させる励起原子線源。 5. A center conductor having a nozzle for ejecting a gas to be discharged in the vicinity of an open end, an outer conductor arranged coaxially with said center conductor, and a skimmer provided to face said nozzle. Means for generating a magnetic field between the nozzle and the skimmer, wherein microwaves are introduced between the center conductor and the outer conductor, emitted from the open end, and ejected from the nozzle. An excited atomic beam source for generating a microwave discharge having a magnetic field between the nozzle and the skimmer by the generated discharged gas to generate an excited atomic beam of the discharged gas.
ためのノズルを有する中心導体と、前記中心導体と同軸
に配置された外側導体と、前記ノズルに対向するように
設けられたスキマーと、前記ノズルと前記スキマーとの
間に磁界を発生させるための手段と、前記ノズルに接続
された高速弁とを具備し、前記中心導体と前記外側導体
との間にマイクロ波を導入し前記開放端部から放射さ
せ、前記ノズルと前記スキマーとの間に間欠的に前記被
放電ガスを供給し、前記ノズルから間欠的に噴出された
前記被放電ガスにより前記ノズルと前記スキマーとの間
に有磁場のマイクロ波放電を発生させ、前記被放電ガス
の励起原子線を発生させる励起原子線源。 6. A center conductor having a nozzle for ejecting a gas to be discharged in the vicinity of an open end, an outer conductor coaxially disposed with the center conductor, and a skimmer provided to face the nozzle. Means for generating a magnetic field between the nozzle and the skimmer, and a high-speed valve connected to the nozzle, wherein microwaves are introduced between the center conductor and the outer conductor to open the nozzle. The discharge gas is intermittently supplied between the nozzle and the skimmer by radiating from the end, and the discharge gas intermittently ejected from the nozzle causes a discharge between the nozzle and the skimmer. An excited atomic beam source for generating a microwave discharge of a magnetic field to generate an excited atomic beam of the gas to be discharged.
ある請求項２から６のいずれかに記載の励起原子線源。 7. A metastable atom beam source according to any of claims 2 to 6 microwave frequency is 2.45 GHz.
５または６のいずれかに記載の励起原子線源。 8. The method of claim 1, wherein the skimmer is a dielectric .
7. The excited atomic beam source according to any one of 5 or 6 .
５または６のいずれかに記載の励起原子線源。 9. The method according to claim 1, wherein the skimmer is a magnetic material .
7. The excited atomic beam source according to any one of 5 or 6 .
ルとスキマーとの周囲にそれぞれ配置された一対のリン
グ状永久磁石である請求項１、２、５または６のいずれ
かに記載の励起原子線源。 10. The excited atom according to claim 1 , wherein the means for generating a magnetic field is a pair of ring-shaped permanent magnets arranged around a nozzle and a skimmer, respectively. Source.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06088894A JP3237382B2 (en) | 1993-04-01 | 1994-03-30 | Excited atomic beam source |
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|---|---|---|---|
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| JP5-335163 | 1993-12-28 | ||
| JP5-75490 | 1993-12-28 | ||
| JP33516393 | 1993-12-28 | ||
| JP06088894A JP3237382B2 (en) | 1993-04-01 | 1994-03-30 | Excited atomic beam source |
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