JPS6363620B2 - - Google Patents
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- JPS6363620B2 JPS6363620B2 JP59208304A JP20830484A JPS6363620B2 JP S6363620 B2 JPS6363620 B2 JP S6363620B2 JP 59208304 A JP59208304 A JP 59208304A JP 20830484 A JP20830484 A JP 20830484A JP S6363620 B2 JPS6363620 B2 JP S6363620B2
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
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- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/26—Bombardment with radiation
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- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
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Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は材料工学における高エネルギー電子線
による固体深部への異種原子の過飽和注入と濃度
の制御方法に関するものである。
による固体深部への異種原子の過飽和注入と濃度
の制御方法に関するものである。
（従来の技術）
従来、固体金属中の定められた箇所へ所定の異
種原子を強制的に導入するいわゆる異種原子の過
飽和注入は、主としてイオン注入法によつて行わ
れてきた。
種原子を強制的に導入するいわゆる異種原子の過
飽和注入は、主としてイオン注入法によつて行わ
れてきた。
（発明が解決しようとする問題点）
しかし、このイオン注入法においては、異種原
子の導入が試料表面直下の領域に限られる上に、
注入域には激しい照射損傷が不可避的に生ずる。
その結果、この方法の利用範囲は狭く制限されて
いる。
子の導入が試料表面直下の領域に限られる上に、
注入域には激しい照射損傷が不可避的に生ずる。
その結果、この方法の利用範囲は狭く制限されて
いる。
（問題点を解決するための手段）
本発明は、高エネルギー電子線の照射という新
しい手法により、固体金属中に予め導入された異
種原子の濃度分布を人為的に制御することを目的
とするものである。この方法によれば、照射損傷
を軽微に抑えながら、固体深部の所定の位置に所
定の異種原子を過飽和注入することが可能とな
る。
しい手法により、固体金属中に予め導入された異
種原子の濃度分布を人為的に制御することを目的
とするものである。この方法によれば、照射損傷
を軽微に抑えながら、固体深部の所定の位置に所
定の異種原子を過飽和注入することが可能とな
る。
本発明は、予め対象とする異種原子からなる異
相を母相中の所定の位置に包埋した母材を作製
し、これを両相を構成する原子に変位を起こさせ
るに十分なエネルギーを持つ電子線によつて照射
することによつて、母相中の所定の位置に異種原
子の過飽和注入域を形成すると共に、異相から母
相にわたる領域の異種原子の濃度プロフアイルを
任意に制御する方法である。
相を母相中の所定の位置に包埋した母材を作製
し、これを両相を構成する原子に変位を起こさせ
るに十分なエネルギーを持つ電子線によつて照射
することによつて、母相中の所定の位置に異種原
子の過飽和注入域を形成すると共に、異相から母
相にわたる領域の異種原子の濃度プロフアイルを
任意に制御する方法である。
本発明において、予め蒸着、焼結あるいは合せ
ロール等の方法により、母相内部に所定の異種原
子から成る異相領域を含む母材を作製する。母相
としてはアルミニウム、金等の面心立方格子の元
素が好ましい。アルミニウムまたは金の母相中に
異相領域を形成する異種原子としてはゲルマニウ
ムまたはケイ素が好ましい。
ロール等の方法により、母相内部に所定の異種原
子から成る異相領域を含む母材を作製する。母相
としてはアルミニウム、金等の面心立方格子の元
素が好ましい。アルミニウムまたは金の母相中に
異相領域を形成する異種原子としてはゲルマニウ
ムまたはケイ素が好ましい。
第１図ａおよびｂにおいて、島状および層状の
異相１の領域をそれぞれ含む母材を例示した。こ
れらの母材を、異相１および母相２を構成する原
子のいずれもが変位を受けるのに十分な高エネル
ギーを持つ電子線３によつて照射する。照射は異
種原子の熱拡散が十分抑止される低温で行う。こ
のような照射により、各異種原子は電子ｅと衝突
して毎秒Ｐ回のランダム・ジヤンプを行う（Ｐ
は、電子のエネルギーを2MeV、電子線強度を
1024e／m2・ｓとすると10-2〜10-3／ｓ程度であ
る）。その結果、予め導入した異種原子は母相の
原子と相互拡散し、各異相領域は、なだらかな異
種原子の濃度プロフアイルを持つて母相とつなが
るに至る。すなわち、異種原子の母相への過飽和
注入が達成される。
異相１の領域をそれぞれ含む母材を例示した。こ
れらの母材を、異相１および母相２を構成する原
子のいずれもが変位を受けるのに十分な高エネル
ギーを持つ電子線３によつて照射する。照射は異
種原子の熱拡散が十分抑止される低温で行う。こ
のような照射により、各異種原子は電子ｅと衝突
して毎秒Ｐ回のランダム・ジヤンプを行う（Ｐ
は、電子のエネルギーを2MeV、電子線強度を
1024e／m2・ｓとすると10-2〜10-3／ｓ程度であ
る）。その結果、予め導入した異種原子は母相の
原子と相互拡散し、各異相領域は、なだらかな異
種原子の濃度プロフアイルを持つて母相とつなが
るに至る。すなわち、異種原子の母相への過飽和
注入が達成される。
この異種原子の濃度分布は、(i)異相領域の初期
形状、(ii)照射量と温度等のパラメータによつて制
御できる。
形状、(ii)照射量と温度等のパラメータによつて制
御できる。
母相としてアルミニウムを用い、異相としてゲ
ルマニウムまたはケイ素を用いる電子線照射の条
件を示すと、照射する電子エネルギーの範囲は１
〜10MeV、特に２〜5MeVが好ましい。電子線
照射による電子と原子の衝突回数Ｐは、電子エネ
ルギーの増加と共に増すが、電子エネルギーが
10MeV以上では、物質の核変換により放射化す
る可能性がある。また1MeV以下では衝突の回数
Ｐが小さくなりすぎ、必要な濃度変化（もしくは
拡散距離）をもたらすのに時間を要するので好ま
しくない。電子線強度の範囲は1023〜1025e／
m2・ｓ、特に1024e／m2・ｓ程度が好ましい。電
子線強度が1025e／m2・ｓを超えると電子銃の製
作において難点があり、1023e／m2・ｓよりも小
さいと、照射時間の増大をもたらすので非実用的
である。電子線の照射時間は電子線強度が大きい
と短時間でよく、電子線強度が小さいと長時間必
要であるが、通常は103〜105秒程度である。照射
温度は173K以下の低温で行うことが必要である。
照射温度は高すぎると原子の熱拡散を生じ、異相
原子のみが析出し固溶状態ではなく偏析または析
出状態となるので好ましくない。
ルマニウムまたはケイ素を用いる電子線照射の条
件を示すと、照射する電子エネルギーの範囲は１
〜10MeV、特に２〜5MeVが好ましい。電子線
照射による電子と原子の衝突回数Ｐは、電子エネ
ルギーの増加と共に増すが、電子エネルギーが
10MeV以上では、物質の核変換により放射化す
る可能性がある。また1MeV以下では衝突の回数
Ｐが小さくなりすぎ、必要な濃度変化（もしくは
拡散距離）をもたらすのに時間を要するので好ま
しくない。電子線強度の範囲は1023〜1025e／
m2・ｓ、特に1024e／m2・ｓ程度が好ましい。電
子線強度が1025e／m2・ｓを超えると電子銃の製
作において難点があり、1023e／m2・ｓよりも小
さいと、照射時間の増大をもたらすので非実用的
である。電子線の照射時間は電子線強度が大きい
と短時間でよく、電子線強度が小さいと長時間必
要であるが、通常は103〜105秒程度である。照射
温度は173K以下の低温で行うことが必要である。
照射温度は高すぎると原子の熱拡散を生じ、異相
原子のみが析出し固溶状態ではなく偏析または析
出状態となるので好ましくない。
次に本発明によつて過飽和注入を行うのに必要
な照射条件の具体例を示す。
な照射条件の具体例を示す。
（実施例）
3μm厚さのアルミニウムを母相として用い、
100A厚さで1μm程度の大きさのゲルマニウム小
板を異相として用い、ゲルマニウムを熱処理によ
つてアルミニウム中に包埋した。得られた試料を
電子エネルギー2MeV、電子線強度1024e／m2・
ｓ、照射温度93Kおよび照射時間104秒の条件下
に電子線照射を行つた。
100A厚さで1μm程度の大きさのゲルマニウム小
板を異相として用い、ゲルマニウムを熱処理によ
つてアルミニウム中に包埋した。得られた試料を
電子エネルギー2MeV、電子線強度1024e／m2・
ｓ、照射温度93Kおよび照射時間104秒の条件下
に電子線照射を行つた。
しきい電圧（物質によつて定まる値である。例
えばアルミニウムの場合は約160kV）以上に加速
された電圧によつてターゲツト金属結晶を照射す
ると、結晶を構成する原子のいくつかが格子点か
らはじき出され、隣接する格子点に移動する。こ
の状態を第２図によつて説明する。異相１の領域
はゲルマニウム原子のみでできており、母相２の
領域はアルミニウム原子のみでできているとす
る。電子e-によつてたたきだされたＡはＢの位置
へ、ＢはＣの位置へ、ＣはＤの位置へとそれぞれ
移動し、その結果、アルミニウム原子がゲルマニ
ウム中に１個入つたことになる。当然、他の箇所
では異相１から母相２へ移動する原子もあるの
で、このような移動の積み重ねによつて異相１と
母相２の界面は次第にぼんやりしたものになる。
えばアルミニウムの場合は約160kV）以上に加速
された電圧によつてターゲツト金属結晶を照射す
ると、結晶を構成する原子のいくつかが格子点か
らはじき出され、隣接する格子点に移動する。こ
の状態を第２図によつて説明する。異相１の領域
はゲルマニウム原子のみでできており、母相２の
領域はアルミニウム原子のみでできているとす
る。電子e-によつてたたきだされたＡはＢの位置
へ、ＢはＣの位置へ、ＣはＤの位置へとそれぞれ
移動し、その結果、アルミニウム原子がゲルマニ
ウム中に１個入つたことになる。当然、他の箇所
では異相１から母相２へ移動する原子もあるの
で、このような移動の積み重ねによつて異相１と
母相２の界面は次第にぼんやりしたものになる。
この状態を電子線照射しながら電子顕微鏡で直
接観察すると、ゲルマニウムの小板が次第に小さ
くなり、中には完全に消滅してしまうものもでて
くる。つまり、析出物がアルミニウム相中に再固
溶する。この途中の段階ではゲルマニウムは非晶
質になつており、ゲルマニウムが結晶析出物→非
晶質析出物→再固溶という順番で溶けていくこと
が判る。
接観察すると、ゲルマニウムの小板が次第に小さ
くなり、中には完全に消滅してしまうものもでて
くる。つまり、析出物がアルミニウム相中に再固
溶する。この途中の段階ではゲルマニウムは非晶
質になつており、ゲルマニウムが結晶析出物→非
晶質析出物→再固溶という順番で溶けていくこと
が判る。
ゲルマニウムの代りにケイ素を用いた場合も同
様の結果が得られた。
様の結果が得られた。
（発明の効果）
(イ) 従来のイオン注入法においては、異種原子の
導入が表面直下の高々数百オングストロームの
領域に限られていたが、本発明による方法で
は、照射源として透過力が格段に強い電子線を
用いる関係上、数十ミクロンもある母材の任意
の位置に異種原子を過飽和注入することが可能
となる。
導入が表面直下の高々数百オングストロームの
領域に限られていたが、本発明による方法で
は、照射源として透過力が格段に強い電子線を
用いる関係上、数十ミクロンもある母材の任意
の位置に異種原子を過飽和注入することが可能
となる。
(ロ) さらに、予め導入する異相領域の形状、分布
を制御すれば、イオン注入法では困難な種々の
形態の過飽和注入域を母相中に形成することが
できる。例えば、予め薄板状の異相領域を一層
あるいは多層にして母相中に導入したり、また
棒状の異相領域をすのこ状に母相中に導入した
母材を準備すれば、それぞれ２次元ならびに１
次元的な特性を備えた過飽和異種原子注入域を
含む材料を得ることができる。
を制御すれば、イオン注入法では困難な種々の
形態の過飽和注入域を母相中に形成することが
できる。例えば、予め薄板状の異相領域を一層
あるいは多層にして母相中に導入したり、また
棒状の異相領域をすのこ状に母相中に導入した
母材を準備すれば、それぞれ２次元ならびに１
次元的な特性を備えた過飽和異種原子注入域を
含む材料を得ることができる。
(ハ) また本発明による方法では照射源として電子
線を用いる関係上その形状や大きさを電磁場に
よつてイオンの場合よりもより精度よく制御す
ることができる。その結果、より微細な数十オ
ングストローム径程度の局所的過飽和注入域を
母相中の所定の位置に精度よく形成することも
可能となる。
線を用いる関係上その形状や大きさを電磁場に
よつてイオンの場合よりもより精度よく制御す
ることができる。その結果、より微細な数十オ
ングストローム径程度の局所的過飽和注入域を
母相中の所定の位置に精度よく形成することも
可能となる。
(ニ) 従来のイオン注入法では過飽和注入される異
種原子の種類は通常一種類に限られるが、本発
明においては予め導入する異相領域の化学的組
成を任意に選定することが可能であり、従つて
必要に応じて多成分の原子を所定の割合で同時
に過飽和注入することができる。これは本発明
の得がたい特徴の一つである。
種原子の種類は通常一種類に限られるが、本発
明においては予め導入する異相領域の化学的組
成を任意に選定することが可能であり、従つて
必要に応じて多成分の原子を所定の割合で同時
に過飽和注入することができる。これは本発明
の得がたい特徴の一つである。
本発明による方法は、異種原子を三次元的に
任意の箇所に任意の量注入した電子材料、アモル
フアス材料および各種複合材料、状態図からは
予想できない２種以上の異種原子を三次元的に過
飽和に含んだ新材料、異相界面のつながりを円
滑にした電子材料および各種複合材料等の製造に
利用することができる。
任意の箇所に任意の量注入した電子材料、アモル
フアス材料および各種複合材料、状態図からは
予想できない２種以上の異種原子を三次元的に過
飽和に含んだ新材料、異相界面のつながりを円
滑にした電子材料および各種複合材料等の製造に
利用することができる。
第１図は本発明実施例による方法を示す概略
図、第２図は電子線照射による原子の移動を示す
模式図である。 １…異相、２…母相、３…電子線。
図、第２図は電子線照射による原子の移動を示す
模式図である。 １…異相、２…母相、３…電子線。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 予め対象とするゲルマニウムまたはケイ素の
異種原子からなる異相をアルミニウムの母相中の
所定の位置に包埋した母材を作製し、 異相および母相を構成する原子に変位を起こさ
せるに十分な高エネルギーを持つ電子線によつ
て、母材を照射し、 母相中の所定の位置に異種原子の過飽和注入域
を形成すると共に、異相から母相にわたる領域の
異種原子の濃度プロフアイルを任意に制御するこ
とを特徴とする 高エネルギー電子線による固体深部への異種原子
の過飽和注入と濃度の制御方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59208304A JPS6187833A (ja) | 1984-10-05 | 1984-10-05 | 高エネルギ−電子線による固体深部への異種原子の過飽和注入と濃度の制御方法 |
| US06/776,150 US4670291A (en) | 1984-10-05 | 1985-09-13 | Method of controlling supersaturated injection and concentration of exotic atoms into deep portions of a solid with a high energy electron beam |
| DE8585306680T DE3572845D1 (en) | 1984-10-05 | 1985-09-19 | Method for controlling the injection and concentration of a supersaturation of exotic atoms deeply into a solid material |
| EP85306680A EP0181073B1 (en) | 1984-10-05 | 1985-09-19 | Method for controlling the injection and concentration of a supersaturation of exotic atoms deeply into a solid material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59208304A JPS6187833A (ja) | 1984-10-05 | 1984-10-05 | 高エネルギ−電子線による固体深部への異種原子の過飽和注入と濃度の制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6187833A JPS6187833A (ja) | 1986-05-06 |
| JPS6363620B2 true JPS6363620B2 (ja) | 1988-12-08 |
Family
ID=16554032
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59208304A Granted JPS6187833A (ja) | 1984-10-05 | 1984-10-05 | 高エネルギ−電子線による固体深部への異種原子の過飽和注入と濃度の制御方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4670291A (ja) |
| EP (1) | EP0181073B1 (ja) |
| JP (1) | JPS6187833A (ja) |
| DE (1) | DE3572845D1 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0674501B2 (ja) * | 1985-02-27 | 1994-09-21 | 大阪大学長 | 電子線による異種原子の固体内注入方法 |
| US5171992A (en) * | 1990-10-31 | 1992-12-15 | International Business Machines Corporation | Nanometer scale probe for an atomic force microscope, and method for making same |
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| US5166919A (en) * | 1991-07-11 | 1992-11-24 | International Business Machines Corporation | Atomic scale electronic switch |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| DE1614854A1 (de) * | 1966-12-30 | 1970-12-23 | Texas Instruments Inc | Verfahren zur Erzeugung von UEbergaengen in Halbleitern |
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| CA1095387A (en) * | 1976-02-17 | 1981-02-10 | Conrad M. Banas | Skin melting |
| GB2073254B (en) * | 1980-04-09 | 1984-05-23 | Atomic Energy Authority Uk | Ion implanting metal coated ferrous surfaces |
| US4359486A (en) * | 1980-08-28 | 1982-11-16 | Siemens Aktiengesellschaft | Method of producing alloyed metal contact layers on crystal-orientated semiconductor surfaces by energy pulse irradiation |
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| GB2125442B (en) * | 1982-05-24 | 1986-02-19 | Atomic Energy Authority Uk | A procedure for the hardening of materials |
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| DE3224810A1 (de) * | 1982-07-02 | 1984-01-05 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Verfahren zur erzeugung harter, verschleissfester randschichten auf einem metallischen werkstoff |
-
1984
- 1984-10-05 JP JP59208304A patent/JPS6187833A/ja active Granted
-
1985
- 1985-09-13 US US06/776,150 patent/US4670291A/en not_active Expired - Lifetime
- 1985-09-19 DE DE8585306680T patent/DE3572845D1/de not_active Expired
- 1985-09-19 EP EP85306680A patent/EP0181073B1/en not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6187833A (ja) | 1986-05-06 |
| EP0181073A1 (en) | 1986-05-14 |
| DE3572845D1 (en) | 1989-10-12 |
| US4670291A (en) | 1987-06-02 |
| EP0181073B1 (en) | 1989-09-06 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |