1、本文針對等離子體基離子注入(Plasma Based Ion Implantation-PBII)過程，建立了鞘層擴(kuò)展的等離子體粒子模型，模擬了在脈沖偏壓作用下，離子鞘層的形成及其擴(kuò)展的動力學(xué)行為；利用模擬得到的離子入射參量，結(jié)合TRIM程序，模擬了注入元素在改性層中的分布。通過設(shè)計(jì)并進(jìn)行計(jì)算機(jī)試驗(yàn)，系統(tǒng)考察了PBII工藝參數(shù)、注入離子種類、靶的形狀及尺寸對入射離子在工件表面分布的影響，探討了保形性注入的變化規(guī)律，分析了改性層成分分布規(guī)

2、律及其影響因素。 對二維典型形狀工件進(jìn)行等離子體粒子模擬，不僅可以掌握離子鞘層的結(jié)構(gòu)特性及其擴(kuò)展規(guī)律，還能獲得入射離子的能量分布譜和角度分布譜，為注入層的成分分布模擬提供前提條件。根據(jù)TRIM程序模擬得到單一能量離子注入表面改性層的成分分布，利用加權(quán)疊加的方法，獲得注入離子沿注入深度方向上的濃度深度分布。 模擬結(jié)果表明，鞘層內(nèi)電場受到靶形狀的影響而呈不均勻分布，并且隨著脈沖的推進(jìn)鞘層與靶的保形性逐步變差。靶的形狀、尺寸以

3、及脈沖波形會對鞘層結(jié)構(gòu)及其擴(kuò)展方式產(chǎn)生很大的影響，并影響鞘層內(nèi)的離子密度分布。鞘層內(nèi)不均勻的電場，決定了加速于其中的離子的運(yùn)動特性，對靶表面的注入?yún)⒘慨a(chǎn)生一定的影響。在靶形狀和鞘層形狀差異較大的部位(如凹槽側(cè)壁和V形試樣內(nèi)角附近)，離子由于自身的慣性，其運(yùn)動軌跡的曲率小于電力線的曲率，最終以傾斜的入射角注入靶表面。這種非垂直入射，會降低離子射程，增強(qiáng)濺射效應(yīng)和背散射效應(yīng)而顯著降低保留劑量。 以非晶態(tài)Si為基體材料，設(shè)計(jì)進(jìn)行了計(jì)算

4、機(jī)試驗(yàn)，研究不同PBII工藝參數(shù)(包括等離子體密度，脈沖電壓，脈沖波形和脈寬)下，工件表面注入劑量的分布規(guī)律及其影響因素，并對保形性注入結(jié)果進(jìn)行了討論。試驗(yàn)結(jié)果表明，高的峰值電壓和長的脈寬都可以增大鞘層的擴(kuò)展度，增加注入劑量。但隨著鞘層的展寬，其向外推進(jìn)的速度逐漸減慢，因此注入劑量的變化并不隨電壓的提高或脈寬的延長而呈線性增長。大的等離子體密度會壓縮鞘層的厚度，但鞘層內(nèi)稠密分布的帶電粒子會增大入射離子流，并使注入劑量隨離子密度的增大而提

5、高。脈沖上升時(shí)間的存在會減緩鞘層的擴(kuò)展，降低靶表面的劑量水平。盡管凹槽寬度的增大會減小鞘層的擴(kuò)展度，但增強(qiáng)的離子偏聚效應(yīng)會增大凹槽頂部的注入劑量水平，同時(shí)鞘層與靶的保形性的到了加強(qiáng)，凹槽側(cè)壁的注入劑量有所提高。 注入離子種類、PBII工藝參數(shù)以及待注入工件的形狀對注入離子在改性層中的分布產(chǎn)生較大的影響。注入元素原子質(zhì)量的增大會加強(qiáng)注入過程中的原子阻止本領(lǐng)，降低離子在表面層的穿透深度，減小射程。升高的PBII脈沖電壓會降低峰值能量

6、離子所占份額，降低平均射程；脈沖上升時(shí)間的存在會減緩鞘層的擴(kuò)展度，降低靶上的平均電位，從而降低了峰值能量離子所占份額，減小了注入劑量并使平均射程稍有下降；長的脈寬和高的等離子體密度都可以提高注入劑量，同時(shí)增大峰值能量離子所占份額，增大了平均射程。凹槽表面的不同位置入射離子能量分布存在很大差異，凹槽底部和側(cè)壁高能離子所占份額的減小降低了平均射程，將濃深曲線向表面移動；離子以較大傾角入射凹槽側(cè)壁增強(qiáng)了背散射效應(yīng)和濺射效應(yīng)，降低了平均射程并造