RU2061275C1

RU2061275C1 - Device for doping part surface with ion beam

Info

Publication number: RU2061275C1
Authority: RU
Inventors: Григорий Дорофеевич Ведьманов; Евгений Анатольевич Ковальский; Константин Олегович Хохлов
Original assignee: Григорий Дорофеевич Ведьманов; Евгений Анатольевич Ковальский; Константин Олегович Хохлов
Priority date: 1992-02-25
Filing date: 1992-02-25
Publication date: 1996-05-27

Abstract

FIELD: electronic devices. SUBSTANCE: device has two sets of relatively perpendicular plates affording deflection of ion beam. Varying potential difference is applied to each set from two identical control units. Each control unit has reversing pulse counter, read-only memory, two digital-to-analog converters, and output amplifier with paraphase outputs connected to deflecting plates. Read-only memory and first digital-to-analog converter are connected to counter, second digital-to-analog converter, to code outputs of read-only memory, and amplifier, to first digital-to analog converter. First control unit counter is supplied with pulses from generator and second control unit counter, with carry pulse generated at the moment of count reversal in first control unit counter. Signals from second digital-to-analog converters of both control units are passed through analog-signal adder and function to control pulse repetition period of generator. EFFECT: improved design. 2 dwg

Description

Изобретение относится к легированию поверхностей твердотельных образцов путем облучения их пучком ионов. Возможно использование в области научных исследований по изучению процессов взаимодействия ионов с мишенью. The invention relates to alloying the surfaces of solid samples by irradiating them with an ion beam. It is possible to use in the field of scientific research on the study of the processes of interaction of ions with a target.

Известны устройства электростатического сканирования пучка заряженных частиц (ЗЧ) по поверхности мишени, использующие пару (несколько пар) отклоняющих пластин, на которые подается изменяющаяся разность потенциалов, благодаря чему достигается отклонение пучка ЗЧ от первоначальной траектории [1,2]
Известно устройство для внедрения ионов в мишень, отклоняющее пучок ЗЧ по двум взаимно перпендикулярным плоскостям [3] Данное устройство (см.фиг.1) содержит два комплекта взаимно перпендикулярных пластин, на которых можно изменять разность потенциалов с помощью управляющих устройств (УУ) 1 и 2. УУ каждого комплекта содержит реверсивный счетчик импульсов 4, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 5, фазорасщепитель 6 и два выходных усилителя 7 и 8. На счетчик 4 УУ 1 подаются сигналы от генератора 3. Фазорасщепители преобразуют сигналы с ЦАП в два сигнала, симметричных относительно общей точки, которые после усиления в выходных усилителях поступают на отклоняющие пластины. Таким образом, на первый комплект пластин подается изменяющееся напряжение, на второй постоянное. По завершении прохода пучка ЗЧ по мишени УУ 1 выдает сигнал, вызывающий изменение напряжения на втором комплекте отклоняющих пластин на фиксированную величину. Одновременно переключается на обратное изменение напряжения на первом комплекте пластин. Пучок ЗЧ сканирует по мишени по двум координатам, равномерно легируя поверхность мишени. Устройство выбрано в качестве прототипа.Known devices for electrostatic scanning of a beam of charged particles (GP) over the surface of a target, using a pair (several pairs) of deflecting plates, which are supplied with a varying potential difference, thereby achieving a deviation of the beam of the GP from the original trajectory [1,2]
A device is known for introducing ions into a target, deflecting the AF beam along two mutually perpendicular planes [3] This device (see Fig. 1) contains two sets of mutually perpendicular plates, on which the potential difference can be changed using control devices (CI) 1 and 2. The control unit of each set contains a reverse pulse counter 4, a digital-to-analog converter (DAC) 5, a phase splitter 6, and two output amplifiers 7 and 8. Signals from the generator 3 are fed to the counter 4 of the control unit 1. Phase splitters convert the signals from the DAC into two sig waves symmetrical with respect to the common point, which, after amplification in the output amplifiers, enter the deflecting plates. Thus, a varying voltage is applied to the first set of plates, and a constant voltage to the second. At the end of the passage of the AF beam along the target, UI 1 gives a signal that causes a voltage change in the second set of deflecting plates by a fixed value. At the same time, it switches to the reverse voltage change on the first set of plates. The AF beam scans the target in two coordinates, uniformly doping the target surface. The device is selected as a prototype.

В прототипе использовано линейное сканирование пучка ЗЧ по мишени, что приводит к равномерному легированию поверхности мишени. В случае, когда требуется какая-либо зависимость степени легирования от координаты по поверхности мишени прототип использовать затруднительно, так как приходится использовать маски и процесс легирования растягивается по времени и требует увеличения производственных затрат. В случае сложных функций степени легирования по координатам применение прототипа просто невозможно. The prototype used a linear scan of the AF beam along the target, which leads to uniform doping of the target surface. In the case when any dependence of the degree of doping on the coordinate on the target surface is required, the prototype is difficult to use, since it is necessary to use masks and the doping process is time-consuming and requires an increase in production costs. In the case of complex functions, the degree of alloying with respect to coordinates, the use of a prototype is simply impossible.

Целью изобретения является получение неравномерности степени легирования детали (получение произвольной степени легирования в пределах строки при повторении полученной зависимости в других строках с точностью до постоянной). Дополнительной целью является формирование профиля пучка заряженных частиц (для научных исследований). The aim of the invention is to obtain the unevenness of the degree of alloying of the part (obtaining an arbitrary degree of alloying within the row when repeating the obtained dependence in other rows with an accuracy to a constant). An additional goal is the formation of a profile of a beam of charged particles (for scientific research).

Поставленная цель достигается введением в схему прототипа дополнительных блоков, связанных определенным образом, что позволило управлять функцией сканирования по детали (мишени). В предлагаемое устройство, содержащее два блока управления (БУ), каждый из которых включает реверсивный счетчик, выход которого соединен с входом цифроаналогового преобразователя (ЦАП) и высоковольтный усилитель с парафазными выходами, образующими выходы БУ и подключенными к соответствующим комплектам взаимно перпендикулярных отклоняющих пластин, а также генератор импульсов, выход которого подключен к входу реверсивного счетчика второго блока управления, введен аналоговый сумматор, а блоки управления снабжены постоянной памятью (ПП) и вторым ЦАП, подключенным к выходу кода ПП. Адресный вход ПП соединен с выходом реверсивного счетчика, а выходы вторых ЦАП подключены к входам аналогового сумматора, выход которого соединен с входом генератора импульсов. Генератор в этом случае должен быть выполнен в виде преобразователя напряжение-период. Введение указанных блоков позволило осуществить обратную связь: выходной код счетчиков период генератора, следовательно, имеем возможность задавать интервал времени, в течение которого счетчики каждого БУ находятся в фиксированном состоянии, что соответствует определенному углу отклонения пучка ЗЧ от первоначального направления. Так как между углом отклонения и координатой попадания ЗЧ в образец существует жесткая связь, то имеем возможность задавать требуемую степень легирования каждого конкретного участка поверхности детали кодовой комбинацией, вырабатываемой ПП для данного выходного кода счетчиков. В ПП можно заложить практически любую функциональную зависимость для строки (т.е. для одной координаты), в соответствии с которой будем иметь необходимую степень легирования. ПП легко перепрограммировать или заменить, что позволяет простым образом изменять функцию. Сумматор складывает сигналы обратной связи с обоих БУ, что позволяет повторять полученную зависимость в других строках с точностью до постоянной. This goal is achieved by introducing into the prototype circuit additional blocks connected in a certain way, which made it possible to control the scanning function for the part (target). In the proposed device containing two control units (BU), each of which includes a reversible counter, the output of which is connected to the input of a digital-to-analog converter (DAC) and a high-voltage amplifier with paraphase outputs, forming the outputs of the BU and connected to the corresponding sets of mutually perpendicular deflecting plates, and also a pulse generator, the output of which is connected to the input of the reverse counter of the second control unit, an analog adder is introduced, and the control units are equipped with read-only memory (PP) and a second DAC connected to the output of the PP code. The address input of the PCB is connected to the output of the reversible counter, and the outputs of the second DACs are connected to the inputs of the analog adder, the output of which is connected to the input of the pulse generator. The generator in this case should be made in the form of a voltage-period converter. The introduction of these blocks allowed for feedback: the output code of the counters is the generator period, therefore, we can set the time interval during which the counters of each control unit are in a fixed state, which corresponds to a certain angle of deviation of the AF beam from the original direction. Since there is a rigid connection between the deviation angle and the coordinate of the SP in the sample, we can set the required degree of alloying of each specific part of the surface of the part with the code combination generated by the PP for a given output code of the counters. In PP, you can put almost any functional dependence for the line (i.e. for one coordinate), in accordance with which we will have the necessary degree of doping. The software is easy to reprogram or replace, which makes it easy to change the function. The adder adds feedback signals from both control units, which allows you to repeat the resulting dependence in other lines up to a constant.

Вариант предлагаемого устройства представлен на фиг. 2. A variant of the proposed device is shown in FIG. 2.

Устройство содержит два блока управления 1 и 2, сумматор аналоговых сигналов 3 и генератор 4, представляющий собой преобразователь напряжение период. Каждый БУ состоит из двоичного реверсивного счетчика импульсов 5, ЦАП 6 и ПП 7, подключенных к счетчику 5, ЦАП 8, подключенного к ПП 7 и высоковольтного усилителя 9, на который подается сигнал с ЦАП 6. Усилитель имеет два парафазных выхода, которые образуют выходы БУ и подключены к соответствующим комплектам взаимно перпендикулярных отклоняющих пластин. Выходы ЦАП 8 и обоих БУ поданы на сумматор 3, к которому подключен генератор 4. Выход генератора 4 подан на счетчик 5 БУ 1, к выходу переноса которого подключен счетчик 5 БУ 2. The device contains two control units 1 and 2, an adder of analog signals 3 and a generator 4, which is a voltage period converter. Each control unit consists of a binary reversible pulse counter 5, DAC 6 and PP 7 connected to a counter 5, DAC 8 connected to the PP 7 and high-voltage amplifier 9, to which the signal from the DAC 6 is supplied. The amplifier has two paraphase outputs that form the outputs Control units and are connected to the corresponding sets of mutually perpendicular deflecting plates. The outputs of the DAC 8 and both control units are fed to the adder 3, to which the generator 4 is connected. The output of the generator 4 is supplied to the counter 5 of the control unit 1, to the transfer output of which the counter 5 of control unit 2 is connected.

Устройство работает следующим образом. Позиционный двоичный код (ПДК) со счетчиков 5 преобразуется ЦАП 6 в аналоговый сигнал, который посредством усилителей 9 формирует на отклоняющих пластинах соответствующую разность потенциалов. Пучок ЗЧ отклоняется от первоначального направления на угол, определенный разностью потенциалов на каждом комплекте отклоняющих пластин, и попадает в конкретный участок поверхности детали. Одновременно ПП 7 вырабатывает ПДК, соответствующий интервалу времени, в течение которого оба БУ должны находиться в данном фиксированном состоянии. ПДК с выходов кода ПП 7 преобразуется в аналоговый сигнал ЦАП 8. Аналоговые сигналы с обоих БУ посредством сумматора 3 управляют периодом генератора 4, который вырабатывает тактовые импульсы с периодом, пропорциональным сумме ПДК обоих ПП 7. По завершении прохода пучка ЗЧ по одной координате счетчик 5 БУ 1 изменяет направление счета и вырабатывает сигнал переноса, изменяющий состояние счетчика 5 БУ 2. The device operates as follows. Positional binary code (MPC) from the counters 5 is converted by the DAC 6 into an analog signal, which by means of amplifiers 9 forms the corresponding potential difference on the deflecting plates. The AF beam deviates from the initial direction by an angle determined by the potential difference on each set of deflecting plates, and enters a specific part of the surface of the part. At the same time, PP 7 generates a MPC corresponding to the time interval during which both control units must be in this fixed state. The MPC from the outputs of the PP 7 code is converted into an analog signal of the DAC 8. The analog signals from both control units by means of the adder 3 control the period of the generator 4, which generates clock pulses with a period proportional to the sum of the MPC of both PP 7. Upon completion of the passage of the AF beam in one coordinate, counter 5 BU 1 changes the direction of the count and generates a transfer signal that changes the state of the counter 5 BU 2.

Процесс сканирования пучка ЗЧ по детали циклический и непрерывный и может продолжаться бесконечно долго. ПП 7 легко заменить на другое или перепрограммировать, благодаря чему обеспечивается простота изменения функции легирования. Предлагаемое устройство обеспечивает неравномерность степени легирования поверхности от координат, сокращение временных и производственных затрат на процесс неравномерного легирования за счет исключения применения масок, сложные функционально-координатные зависимости степени легирования. Дополнительными преимуществами устройства являются простота процесса переключения с одной функции легирования на другую за счет простой замены или перепрограммирования ПП и возможность использования устройства в научных исследованиях как устройства формирования необходимого профиля пучка ЗЧ. The process of scanning an AF beam for a part is cyclical and continuous and can continue indefinitely. PP 7 is easy to replace with another or reprogrammed, which makes it easy to change the doping function. The proposed device provides unevenness of the degree of alloying of the surface with coordinates, reducing time and production costs for the process of uneven alloying by eliminating the use of masks, complex functional-coordinate dependence of the degree of alloying. Additional advantages of the device are the simplicity of the process of switching from one doping function to another due to the simple replacement or reprogramming of the PP and the possibility of using the device in scientific research as a device for forming the necessary profile of the AF beam.

Claims

A device for alloying the surface of the part with an ion beam, containing two control units, each of which includes a reversible counter, the output of which is connected to the input of the digital-analog converter, and a high-voltage amplifier with paraphase outputs forming the outputs of the control unit and connected to the corresponding sets of mutually perpendicular deflecting plates, and also a pulse generator, the output of which is connected to the input of the reversible counter of the first control unit, the transfer output of which is connected to the input the house of the reversible counter of the second control unit, characterized in that it is equipped with an analog adder, and the control units are made with a second digital-to-analog converter, the input of which is connected to the output of an additionally inserted permanent memory unit, the address input of which is connected to the output of the reverse counter, while the outputs of the second digital-to-analog the control unit converters are connected to the inputs of the analog adder, the output of which is connected to the input of the pulse generator, made in the form of a converter For stress period.