RU187686U1 - ION BEAM MONITORING DEVICE - Google Patents

ION BEAM MONITORING DEVICE Download PDF

Info

Publication number
RU187686U1
RU187686U1 RU2018146559U RU2018146559U RU187686U1 RU 187686 U1 RU187686 U1 RU 187686U1 RU 2018146559 U RU2018146559 U RU 2018146559U RU 2018146559 U RU2018146559 U RU 2018146559U RU 187686 U1 RU187686 U1 RU 187686U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ion beam
ion
monitoring device
beam monitoring
sample
Prior art date
Application number
RU2018146559U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Игорь Михайлович Зарубин
Владимир Петрович Миронов
Владимир Ильич Егоркин
Андрей Александрович Шемухин
Владимир Савельевич Черныш
Юрий Викторович Балакшин
Антон Викторович Назаров
Екатерина Андреевна Воробьева
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники"
Priority to RU2018146559U priority Critical patent/RU187686U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU187686U1 publication Critical patent/RU187686U1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01TMEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Measurement Of Radiation (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к области физики, в частности, к ускорительной технике, и может быть использована в ядерной физике для мониторирования ионного пучка на ускорителях ионов. Устройство мониторирования ионного пучка содержит полупроводниковый кремниевый поверхностно-барьерный детектор, состоящий из слоя полупроводника с нанесенными на него с обеих сторон металлическими электродами, при этом содержит вращающуюся алюминиевую рамку, на которую нанесен тонкий слой золота толщиной 40-60 нм, и гистерезисный двигатель с экранированными полюсами. Технический результат – повышение точности регистрации числа падающих на образец частиц без эталона. 2 ил.The utility model relates to the field of physics, in particular, to accelerator technology, and can be used in nuclear physics to monitor the ion beam at ion accelerators. The ion beam monitoring device contains a semiconductor silicon surface-barrier detector, consisting of a semiconductor layer with metal electrodes deposited on both sides of it, while it contains a rotating aluminum frame, on which a thin layer of gold with a thickness of 40-60 nm is applied, and a hysteresis motor with shielded the poles. EFFECT: increased accuracy of registration of the number of particles incident on a sample without a reference. 2 ill.

Description

Полезная модель относится к области физики, в частности, к ускорительной технике, и может быть использована в ядерной физике для мониторирования ионного пучка на ускорителях ионов. Данная полезная модель может быть использована для определения числа частиц любой массы, упавших на образец, при этом можно регистрировать поток ионов на диэлектрические образцы без нарушения вакуумного цикла, а также без необходимости учитывать вторичную электронную эмиссию с образца.The utility model relates to the field of physics, in particular, to accelerator technology, and can be used in nuclear physics to monitor the ion beam at ion accelerators. This useful model can be used to determine the number of particles of any mass that fell on the sample; in this case, the ion flux onto dielectric samples can be recorded without breaking the vacuum cycle, and also without the need to take into account secondary electron emission from the sample.

Известен патент РФ №2616930 «Пучковый монитор» для измерения интенсивности пучка частиц и его пространственного распределения, который представляет собой набор из сигнальных и высоковольтных электродов, расположенных перпендикулярно падающим частицам, при этом сигнальные электроды с фиксирующими опорными колонками отделены газовым зазором около 100 мкм при атмосферном давлении. Между электродами подается напряжение, под влиянием которого электроны ионизации собираются на сигнальном электроде. Техническим результатом изобретения является существенное увеличение диапазона изменяемых интенсивностей пучка и самокалибровка детектора. Недостатком данного изобретения является использование высоковольтных электродов.Known RF patent No. 2616930 "Beam monitor" for measuring the intensity of the particle beam and its spatial distribution, which is a set of signal and high-voltage electrodes located perpendicular to the incident particles, while the signal electrodes with fixing support columns are separated by a gas gap of about 100 μm at atmospheric pressure. A voltage is applied between the electrodes, under the influence of which ionization electrons are collected on the signal electrode. The technical result of the invention is a significant increase in the range of variable beam intensities and self-calibration of the detector. The disadvantage of this invention is the use of high voltage electrodes.

Известно изобретение Китая 108054118 «Веат uniformity monitoring method of ion implanter», которое обеспечивает способ контроля равномерности пучка ионного имплантера, ионный пучок которого находится в диапазоне от 10 мА до 25 мА. В данном изобретении используется тестовая пластина для определения воздействия ионного пучка. Недостатком данного изобретения является использование тестового образца.A Chinese invention is known for 108054118, “The Beat uniformity monitoring method of ion implanter”, which provides a method for controlling the uniformity of an ion implant beam, the ion beam of which is in the range from 10 mA to 25 mA. The present invention uses a test plate to determine the effect of the ion beam. The disadvantage of this invention is the use of a test sample.

Известно изобретение Тайваня 1434359 «Ion beam monitoring arrangement», которое относится к устройству контроля ионного пучка для использования в ионном имплантере, где желательно контролировать поток и/или профиль поперечного сечения ионного пучка, используемого для имплантации. Данное изобретение описывает адаптацию держателя пластины для обеспечения возможности профилирования пучка, в частности, для улучшения контроля ионной имплантации полупроводниковой пластины. Держатель подложки может использоваться для перекрывания ионного пучка от последующего монитора потока, или монитор магнитного потока может быть расположен на держателе пластины, который снабжен щелевым входным отверстием.Taiwan's patent 1434359, Ion beam monitoring arrangement, is known which relates to an ion beam monitoring device for use in an ion implant, where it is desirable to control the flow and / or cross-sectional profile of the ion beam used for implantation. The present invention describes the adaptation of a wafer holder to enable beam profiling, in particular to improve the control of ion implantation of a semiconductor wafer. The substrate holder can be used to block the ion beam from the subsequent flux monitor, or the magnetic flux monitor can be located on the plate holder, which is provided with a slit inlet.

В статье описано устройство [Ю.Ю. Крючков, В.М. Малютин, В.Ф. Пичугин, В.В. Сохорева, Т.С. Франгульян. Разработка и применение методов спектроскопии обратного рассеяния быстрых ионов для анализа состава и структуры ионно-облученных слоев диэлектриков. Известия Томского Политехнического Университета, 303 (3) 2000 стр 12-21] для относительного измерения тока пучка, которое осуществлялись посредством счета числа частиц, рассеянных на прерывающей пучок мишени, выполненной в виде пленки золота толщиной 200 нм, напыленной на кремниевую основу. Это позволяет разделять ионы, рассеянные от пленки и от подложки. Регистрация рассеянных ионов осуществляется полупроводниковым детектором. Недостатками данного прототипа является хрупкость кремниевой мишени, а также отсутствие непрерывного монитора пучка.The article describes the device [Yu. Yu. Kryuchkov, V.M. Malyutin, V.F. Pichugin, V.V. Sokhoreva, T.S. Frangulian. Development and application of fast ion backscattering spectroscopy methods for analyzing the composition and structure of ion-irradiated dielectric layers. Proceedings of Tomsk Polytechnic University, 303 (3) 2000 pp. 12-21] for the relative measurement of the beam current, which was carried out by counting the number of particles scattered on the interrupting beam target made in the form of a gold film 200 nm thick deposited on a silicon base. This allows the separation of ions scattered from the film and from the substrate. Scattered ions are recorded by a semiconductor detector. The disadvantages of this prototype is the fragility of the silicon target, as well as the lack of a continuous beam monitor.

Известно изобретение США 6608316 В1 «Ion implantation beam monitor», которое обеспечивает контроль числа упавших на образец заряженных частиц с помощью вращающихся лепестков, которые периодически перекрывают пучок. Число частиц при этом регистрируется токовым прибором. Недостатком прибора является то, что для подавления вторичной эмиссии необходимо подавать потенциалы. Данное изобретение можно считать прототипом.The invention of the United States 6608316 B1 "Ion implantation beam monitor" is known, which provides control of the number of charged particles falling on the sample using rotating petals that periodically block the beam. The number of particles in this case is recorded by a current device. The disadvantage of the device is that to suppress the secondary emission, it is necessary to apply potentials. This invention can be considered a prototype.

Задачей полезной модели является улучшение контроля числа падающих на образец частиц.The objective of the utility model is to improve control over the number of particles incident on the sample.

Это достигается посредством конструкции регистрирующей системы, которая включает в себя вращающуюся алюминиевую рамку, на которую методом термического осаждения нанесен тонкий слой золота толщиной 40-60 нм, гистерезисный двигатель с экранированными полюсами, который приводит в движение рамку, кремниевый поверхностно-барьерный детектор - полупроводниковый детектор, который регистрирует рассеянные ионы, он состоит из слоя полупроводника с нанесенными на него с обеих сторон металлическими электродами, на которые подается напряжение.This is achieved through the design of the recording system, which includes a rotating aluminum frame, onto which a thin layer of gold with a thickness of 40-60 nm is applied by thermal deposition, a hysteretic motor with shielded poles, which drives the frame, a silicon surface-barrier detector - a semiconductor detector , which registers scattered ions, it consists of a semiconductor layer with metal electrodes deposited on it on both sides, to which voltage is applied.

Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображено устройство мониторирования пучка, где: 1 - алюминиевая рамка с золотой пленкой, 2 - корпус, 3 -ось, 4 - отверстия для откачки, 5 - подшипники, 6 - фланец, 7 - статор двигателя, 8 -ротор двигателя; на фиг. 2 представлена схема эксперимента с использованием устройства мониторирования пучка, где: 1 - алюминиевая рамка с золотой пленкой, 9 - пучок ионов, 10 - триплетная квадрупольная линза, 11, 12 - диафрагмы, 13 - образец, установленный на гониометрической системе, 14, 15 - полупроводниковый детектор, 16 - предусилитель, 17 - усилитель, 18 - анализатор, 19 - компьютер.The utility model is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a beam monitoring device, where: 1 - aluminum frame with a gold film, 2 - housing, 3 axis, 4 - pumping holes, 5 - bearings, 6 - flange, 7 - motor stator, 8 - motor rotor; in FIG. 2 is a diagram of an experiment using a beam monitoring device, where: 1 - an aluminum frame with a gold film, 9 - an ion beam, 10 - a triplet quadrupole lens, 11, 12 - apertures, 13 - a sample mounted on a goniometric system, 14, 15 - semiconductor detector, 16 - preamplifier, 17 - amplifier, 18 - analyzer, 19 - computer.

Осуществление полезной модели реализуется следующим образом.The implementation of the utility model is implemented as follows.

Для более точного контроля числа падающих ионов на мишень было спроектировано и изготовлено устройство мониторирования пучка (фиг. 1). Устройство для контроля числа падающих ионов состоит из вращающейся алюминиевой рамки (1), на которую методом термического осаждения нанесен тонкий слой золота толщиной 40-60 нм, и кремниевого поверхностно-барьерного детектора (15). Рамка (1) приводится в движение гистерезисным двигателем с экранированными полюсами. Это синхронный двигатель, вращающий момент которого создается за счет явления гистерезиса при перемагничивании магнитотвердого материала ротора (8), представляющего собой набор кольцевых пластин из кобальтовой стали с диаметральной перемычкой. Статор (7) имеет однофазную катушечную обмотку. Половину каждого полюса статора (7) охватывают экранирующие короткозамкнутые витки. Статор двигателя (7) помещается снаружи фланца (6), к которому крепится система, пластины ротора (8) крепятся на оси (3) внутри вакуумной камеры. В корпусе (2) расположены отверстия для откачки остаточных газов (4), для фиксации положения в пространстве около оси (3) установлены подшипники (5), которые обеспечивают вращение с небольшим сопротивлением.To more accurately control the number of incident ions on the target, a beam monitoring device was designed and manufactured (Fig. 1). A device for controlling the number of incident ions consists of a rotating aluminum frame (1), onto which a thin layer of gold with a thickness of 40-60 nm is deposited by thermal deposition, and a silicon surface-barrier detector (15). Frame (1) is driven by a hysteresis motor with shielded poles. This is a synchronous motor, the torque of which is created due to the hysteresis during magnetization reversal of the magnetically hard material of the rotor (8), which is a set of ring plates made of cobalt steel with a diametrical jumper. The stator (7) has a single-phase coil winding. Half of each pole of the stator (7) is covered by shielded short-circuited turns. The stator of the motor (7) is placed outside the flange (6) to which the system is attached, the rotor plates (8) are mounted on the axis (3) inside the vacuum chamber. Openings for pumping out residual gases (4) are located in the housing (2), bearings (5) are installed to fix the position in the space around the axis (3), which provide rotation with little resistance.

При вращении рамка (1) периодически перекрывает пучок (9), и пучок попадает на поверхность рамки и часть ионов рассеивается от поверхности. Рассеянные ионы регистрирует полупроводниковый детектор (15), который состоит из слоя полупроводника с нанесенными на него с обеих сторон металлическими электродами, на которые подается напряжение.During rotation, the frame (1) periodically overlaps the beam (9), and the beam hits the surface of the frame and some of the ions are scattered from the surface. The scattered ions are recorded by a semiconductor detector (15), which consists of a semiconductor layer with metal electrodes deposited on both sides of it, to which voltage is applied.

При попадании рассеянной частицы в полупроводник в нем в результате ионизации образуются неравновесные носители заряда - электроны и дырки, которые под воздействием электрического поля перемещаются к электродам. В результате в электрической цепи, соединенной с полупроводниковым детектором, возникает импульс тока. Импульсы с кремниевого поверхностно-барьерного детектора поступают на зарядово-чувствительный предусилитель-формирователь (16). Напряжение смещения детектора подается на предусилитель (16) с блока генератора смещения. Также на предусилитель может быть подан сигнал с генератора импульсов для тестирования и калибровки измерительного тракта. С предусилителя сигнал через усилитель (17) поступает на многоканальный амплитудный анализатор (18), который и регистрирует спектр. Далее через последовательный порт спектр передается на компьютер (19).When a scattered particle enters a semiconductor in it as a result of ionization, nonequilibrium charge carriers are formed - electrons and holes, which under the influence of an electric field move to the electrodes. As a result, a current pulse arises in the electrical circuit connected to the semiconductor detector. Pulses from a silicon surface-barrier detector are fed to a charge-sensitive preamplifier-driver (16). The bias voltage of the detector is supplied to the preamplifier (16) from the bias generator block. Also, a signal from a pulse generator can be applied to the preamplifier for testing and calibration of the measuring path. From the preamplifier, the signal through the amplifier (17) enters the multichannel amplitude analyzer (18), which registers the spectrum. Then, through the serial port, the spectrum is transmitted to a computer (19).

Из сигналов с детектора пересчитываются те, которые соответствуют ионам, рассеянным от золота. По количеству этих импульсов рассчитывается поток ионов, падающих на образец.From the signals from the detector, those that correspond to ions scattered from gold are recounted. By the number of these pulses, the flux of ions incident on the sample is calculated.

Ионы, долетевшие до образца, установленного на точке (13), рассеиваются и регистрируются при помощи кремниевого поверхностно-барьерного детектора (14).Ions that reach the sample mounted at point (13) are scattered and recorded using a silicon surface-barrier detector (14).

Таким образом, данное устройство мониторирования ионного пучка позволяет с более высокой точностью регистрировать число падающих на образец частиц без эталона.Thus, this ion beam monitoring device allows with higher accuracy to record the number of particles incident on the sample without a reference.

Источники информации:Information sources:

1. Патент РФ №2616930.1. RF patent No. 2616930.

2. Патент Китая 108054118.2. China Patent 108054118.

3. Патент Тайваня 1434359.3. Taiwan patent 1434359.

4. Ю.Ю. Крючков, В.М. Малютин, В.Ф. Пичугин, В.В. Сохорева, Т.С. Франгульян. Разработка и применение методов спектроскопии обратного рассеяния быстрых ионов для анализа состава и структуры ионно-облученных слоев диэлектриков. Известия Томского Политехнического Университета, 303 (3) 2000 стр 12-21.4. Yu. Yu. Kryuchkov, V.M. Malyutin, V.F. Pichugin, V.V. Sokhoreva, T.S. Frangulian. Development and application of fast ion backscattering spectroscopy methods for analyzing the composition and structure of ion-irradiated dielectric layers. Proceedings of Tomsk Polytechnic University, 303 (3) 2000 pp. 12-21.

5. Патент США 6608316 В1 - прототип.5. US patent 6608316 B1 - prototype.

Claims (1)

Устройство мониторирования ионного пучка, содержащее полупроводниковый кремниевый поверхностно-барьерный детектор, состоящий из слоя полупроводника с нанесенными на него с обеих сторон металлическими электродами, отличающееся тем, что содержит вращающуюся алюминиевую рамку, на которую нанесен тонкий слой золота толщиной 40-60 нм, и гистерезисный двигатель с экранированными полюсами.An ion beam monitoring device containing a semiconductor silicon surface-barrier detector, consisting of a semiconductor layer with metal electrodes deposited on both sides thereof, characterized in that it contains a rotating aluminum frame, onto which a thin layer of gold with a thickness of 40-60 nm is applied, and a hysteresis motor with shielded poles.
RU2018146559U 2018-12-26 2018-12-26 ION BEAM MONITORING DEVICE RU187686U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018146559U RU187686U1 (en) 2018-12-26 2018-12-26 ION BEAM MONITORING DEVICE

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018146559U RU187686U1 (en) 2018-12-26 2018-12-26 ION BEAM MONITORING DEVICE

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU187686U1 true RU187686U1 (en) 2019-03-14

Family

ID=65759197

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018146559U RU187686U1 (en) 2018-12-26 2018-12-26 ION BEAM MONITORING DEVICE

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU187686U1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6608316B1 (en) * 1998-07-01 2003-08-19 Applied Materials, Inc. Ion implantation beam monitor
RU2520940C2 (en) * 2012-10-05 2014-06-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский национальный исследовательский государственный университет" (Новосибирский государственный университет, НГУ) Apparatus for monitoring parameters of ion beam
US8835882B2 (en) * 2009-02-12 2014-09-16 Advanced Ion Beam Technology, Inc. Real time monitoring ion beam
RU2616930C2 (en) * 2014-04-21 2017-04-18 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Государственный научный центр Российской Федерации-Институт физики высоких энергий "Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" Beam monitor

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6608316B1 (en) * 1998-07-01 2003-08-19 Applied Materials, Inc. Ion implantation beam monitor
US8835882B2 (en) * 2009-02-12 2014-09-16 Advanced Ion Beam Technology, Inc. Real time monitoring ion beam
RU2520940C2 (en) * 2012-10-05 2014-06-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский национальный исследовательский государственный университет" (Новосибирский государственный университет, НГУ) Apparatus for monitoring parameters of ion beam
RU2616930C2 (en) * 2014-04-21 2017-04-18 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Государственный научный центр Российской Федерации-Институт физики высоких энергий "Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" Beam monitor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5871403B2 (en) Techniques and apparatus for monitoring ion mass, energy, and angle in a processing system
US5319212A (en) Method of monitoring ion beam current in ion implantation apparatus for use in manufacturing semiconductors
JP4416949B2 (en) Particle beam current monitoring technology
WO2011019457A1 (en) Time-of-flight electron energy analyzer
WO2013079008A1 (en) Corona discharging device and ion migration spectrometer having same
Jbara et al. Surface potential measurements of electron-irradiated insulators using backscattered and secondary electron spectra from an electrostatic toroidal spectrometer adapted for scanning electron microscope applications
JP2013239430A (en) Flight time type mass spectrometry apparatus
RU187686U1 (en) ION BEAM MONITORING DEVICE
CN105304455B (en) A kind of vacuum arc ion source time of-flight mass spectrometer
JPH10208682A (en) Particle beam imaging device, spectrometer provided in the particle beam imaging device, particle beam imaging method and usage of particle beam imaging device
Qiao et al. A new uniform calibration method for double-sided silicon strip detectors
JPH04505828A (en) Partial pressure gauge using cold cathode ion source for leak detection in vacuum equipment
Ackermans et al. Simultaneous energy and angle resolved ion scattering spectroscopy
JP3438363B2 (en) Ion beam current and ion beam energy measuring device, and current and energy distribution measuring device
Stoytschew et al. MeV-SIMS yield measurements using a Si-PIN diode as a primary ion current counter
JP4382939B2 (en) Gas analyzer
Ubieto Díaz Off-line commissioning of a non-destructive FT-ICR detection system for monitoring the ion concentration in the KATRIN beamline
Ketzer et al. A fast tracker for COMPASS based on the GEM
JPH079460B2 (en) Monitor for particle beam measurement
CN110085505A (en) The analysis method of particle mobility mass spectrograph and particle
JP3575822B2 (en) Plasma measurement device
WO2015016632A1 (en) Apparatus and method for composition and quantitative analysis using time of flight, and faraday cup assembly used therefor
JPH07190963A (en) Analyzer by use of ion scattering
Chaurasia et al. In situ measurement of ions parameters of laser produced ion source using high resolution Thomson Parabola Spectrometer
Lunney et al. AD-7/GBAR status report for the 2023 CERN SPSC

Legal Events

Date Code Title Description
QB9K Licence granted or registered (utility model)

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20200715

Effective date: 20200715