如何降低辐射损伤对器件性能的影响？

带有一定能量的入射离子进入靶表面后与靶原子发生碰撞并会伴随能量交换。入射离子失去能量并最终停留在靶内某一位置。入射离子既可以停留在靶晶格间隙处，形成间隙杂质，也可以占据靶原子原来位置，形成替代杂质。而靶原子会获得能量。如果靶原子获得的能量足够使其挣脱原来晶格束缚离开平衡位置进入间隙位置，则其原来位置就会形成“空位”。进入空隙位置的原子形成间隙原子。通常空位和间隙原子是成对出现的。在这种情况下靶的晶体结构就会出现局部的无序，产生缺陷。这种由离子注入而导致的缺陷即为辐射损伤。这种晶格损伤可以是一种级联过程，因为被位移的原子可以将能量依次传递给其他原子，形成更多的缺陷。当入射离子数量增多时，这种缺陷可能重叠、扩大形成复杂的损伤，再加上靶材料原来固有的缺陷，可以形成复杂的损伤复合体，严重的是晶体完全被打乱而形成无序的非晶层。离子注入时形成级联过程如图7-34所示。

图7-34　入射离子在Si靶内碰撞形成级联过程(www.xing528.com)

（a）轻离子产生的碰撞级联（b）重离子产生的碰撞级联

离子注入给晶体造成的辐射损伤将直接影响到器件的性能。晶格损伤形成非晶层的特点之一是在离子注入的Si表面呈现烟雾状或乳白色的颜色；另外辐射损伤严重的样品比未经过离子注入的样品更易吸潮。注入层的损伤情况与入射离子的质量、能量、剂量、剂量率、靶片的温度和晶格取向有关。

通常在一定条件下，随着注入剂量的增加，入射离子在靶中形成的缺陷也越严重。在一定条件下能形成辐射损伤的最小注入剂量称为临界剂量。入射离子能量越高，形成损伤的临界剂量也越小；入射离子的质量数越大，所形成缺陷的临界剂量也越小。辐射损伤不但和入射离子的剂量有关，而且和剂量率也有关，即单位时间内注入靶中的离子数量（离子束的流强）。相同的剂量如果注入靶中所用的时间越短，其剂量率也就越大。在室温下随着剂量率的增加，在Si中形成损伤所需的临界剂量将减小。在离子注入时靶的温度会影响辐射损伤的产生和变化。对于Si靶片来讲，在室温附近入射离子的临界剂量和Si靶片温度的倒数成指数关系，随着温度的升高临界剂量将增大。对于选定的Si片，入射离子是随机注入还是沿某一晶向注入在Si中造成的损伤是不同的。p+在室温下用200 keV的能量注入单晶Si中时，在相同条件下随机注入造成损伤的临界剂量为2×1014ions/cm2；而沿〈110〉晶向注入时临界剂量为7.5×1014ions/cm2。