專利名稱：激勵原子束源的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于向半導體摻雜的激勵原子束源。
以下說明以往的激勵原子束源(OXFORD APPLIED RESEARCH制原子團射束源)。
圖4為以往的激勵原子束源，玻璃制等離子體發生室1的周圍繞有高頻線圈2，當由氣體導入管3送來氮氣時，則發生高頻等離子體4。等離子體4中的激勵氮，因壓力差關系，與電子、離子、中性粒子一起經射線束引出板5的孔射入處理室6。
然而這種方法因由孔出來的射線束還含有電子、離子，存在會操作被加工物的問題。
而且，用這種方式，要使由孔出來的激勵原子經漫射后到達被加工物，存在難以獲得必要注入量的問題，例如不易獲得用于制作P型ZnSe所必要的氮注入量。
鑒于上述問題，本發明的目的是要提供一種沿半同軸空腔共振器的軸向加磁場，封閉電子與離子，能沿徑向優先引出電中性的激勵原子的激勵原子束源。
本發明的另一目的是要提供一種具有使產生超音速原子束的噴嘴與小孔之間發生等離子體的構件，并能使方向一致的高速激勵原子到達被加工物上的激勵原子束源。
為實現前一目的，本發明激勵原子束源包括(1)由中心導體和外部導體構成、一端為微波導入口而另一端以容抗作終端的半同軸空腔諧振器的放電室;(2)沿其軸向加磁場的構件;(3)設于外部導體的被激勵氣體導入口;(4)設于外部導體且沿徑向引出激勵原子的激勵原子導出口。
此技術方案的作用如下。
即，由于微波與磁場的作用，放電室中產生高密度等離子體。等離子體中的電子和離子被軸向磁場所封閉。此時，不受磁場影響的中性基態原子、受激原子易從徑向出口射入被加工物所在的處理室。
為實現后一目的，本發明激勵原子束源具有使超音速原子束發生的噴嘴和小孔，并設有使等離子體發生于噴嘴和小孔之間的構件。
利用這種結構能獲得超音速激勵原子束，能進行向ZnSe薄膜的摻雜。
圖1是本發明第1實施例激勵原子束源的剖面圖;
圖2是對圖1所示例的工作說明圖;
圖3是本發明第2實施例的部分剖面圖;
圖4是以往的激勵原子束源的剖面圖;
圖5是本發明第3實施例激勵原子束源的剖面圖;
圖6是圖5實施例的工作說明圖。
圖中標號分別為以下含義。11放電室、12外部導體、13被激氣體引入口、14激勵原子引出口、15聯接器、16微波引入法蘭、17終端法蘭、18中心導體、19磁極、20磁極、21永久磁鐵、22氮化硼、23氮化硼、111氣體導入管、112噴嘴、113小孔、114天線、116上部法蘭、117下部法蘭、118導向法蘭、120軛鐵、121等離子體發生室、122磁場、123等離子體、124原子束。
以下根據
本發明第1實施例。
圖1中，11為外部導體12所包圍的放電室，具有被激氣體導入口13和激勵電子導出口14。放電室11，例如為內徑26mm的圓筒，其一端被裝有微波引入聯接器15的微波引入法蘭16、而另一端被終端法蘭17所封堵。聯接器15上裝有突出至放電室11的，例如外徑為5mm的中心導體18，放電室11做成終端法蘭17與中心導體18成分離結構的半同軸空腔諧振器。法蘭16與17上分別裝有凸出磁極19與20，包圍中心導體18的外圍并將其周圍圍成某規定空間。非磁性體制成的外部導體12的外部嵌有沿軸向充磁的環狀永久磁鐵21，該永久磁鐵21與磁性體法蘭16、17連接，讓(例如1500高斯的)磁場發生在磁極19、20(例如12mm)的磁氣隙中。為了防止異常放電和改善熱傳導，在中心導體與磁極19、20之間填塞有絕緣物(例如氮化硼22、23)，法蘭16、17上裝有冷卻管24。
如圖2所示，在這種結構中是用從X方向引入(例如2.45GHz、100W)的微波和軸向磁場25產生(例如氮氣26的)等離子體。等離子中含有中性粒子26、離子27、電子28和激發子29。若磁場為1500高斯，則氮離子27和電子28的旋轉半徑(拉莫爾半徑)為1mm以下不易向徑向擴散。而激勵子29不受磁場影響，會因壓力差從(例如直徑為0.2mm的)激勵原子引出口14出來變為射線束朝Y方向發射。
以下說明本發明第2實施例。
圖3表示第2實施例，此例與第1實施例的區別點在于用絕緣物30覆蓋中心導體18。離子、激勵粒子等在絕緣表面消滅的幾率約為金屬表面的千分之一，提高了激勵粒子的生成率。
若利用本發明激勵原子束源，處理室的氣壓在5×10-5Pa下也能獲得激勵原子束，能向ZnSe薄膜進行摻氮。
以下根據
本發明第3實施例。
圖5中，由氣體導入管111導入的氣流通過噴嘴112后，再經過只讓射流束中心部通過的、稱為小孔113的孔而通過。根據空氣動力學的一般定律，例如根據埃羅·巴利著的《原子與離子源》[約翰威利父子公司出版、倫敦、1977[L.Valyi 著 ATOM AND IONSOURCES(JOHN WILEY & SONS出版London，1977年)]91頁的設計，通過小孔113的原子因被加速成超音速形成射流束，獲得了足夠的速度和方向性。這時，由環形天線114通過例如同軸聯接器15向于噴嘴112和小孔113之間流動的氣體發射2.45GHz的微波。而且噴嘴112與小孔113用磁體做成，分別與磁體的上部法蘭116和磁體的下部法蘭117連接，在上部法蘭116和下部法蘭117之間嵌入由非磁性體導向法蘭118所支撐的環形永久磁鐵21和軛鐵120，在非磁性體等離子體發生室21所包圍的噴嘴112和小孔113之間能發生例如1KG的磁場。如圖6所示，在這樣的結構中，自噴嘴112的X方向通例如氮氣，氮氣由氣體導入管111引導至成30度圓錐、直徑為0.3mm、長度為0.6mm的管子，然后自噴嘴112噴出。離開噴嘴112前端例如2.6mm的地方有一開口直徑為0.6mm的小孔113。小孔113是例如內部傾斜為25度，外部傾斜為35度的圓錐管。用環形天線瞄準噴嘴112和小孔113的間隙，由外周朝Y方向發射微波。因磁場122作用，微波等離子體123被牢牢地關在噴嘴112與小孔113之間。靠該等離子體123激勵氮氣，發生含激勵氮的超音速原子束124。
若利用本發明的激勵原子束源，能獲得超音速的激勵原子束，能進行向ZnSe薄膜的氮摻雜。
權利要求
1.一種激勵原子束源，其特征是包括(1)由中心導體與外部導體構成且一端為微波導入口而另一端以容抗作終端的半同軸空腔諧振器的放電室；(2)沿半同軸空腔諧振器的軸向加磁場的構件；(3)設于外部導體的被激勵氣體導入口；(4)設于外部導體上且沿徑向引出激勵原子的激勵原子導出口。
2.根據權利要求1所述的激勵原子束源，其特征是加磁場的構件自外部導體凸出，使一對磁極部相對放置于中心導體的周圍。
3.根據權利要求1所述的激勵原子束源，其特征是中心導體被絕緣物覆蓋。
4.一種激勵原子束源，其特征是具有使超音速原子束發生的噴嘴和小孔，且設有使等離子體發生于噴嘴與小孔之間的構件。
5.根據權利要求4所述的激勵原子束源，其特征是使噴嘴與小孔之間產生磁場。
6.根據權利要求4所述的激勵原子束源，其特征是以高頻產生等離子體。
7.根據權利要求6所述的激勵原子束源，其特征是具有向噴嘴與小孔之間發射高頻波的天線。
全文摘要
激勵原子束源，通過設置半同軸空腔諧振器的放電室，沿該軸向加磁場的構件，被激氣體導入口和沿徑向引出激勵原子的導出口。能沿軸向加磁場，封閉原子與離子，從而能沿徑向優先引出呈電氣中性的激勵原子。本發明還通過在噴嘴與小孔之間產生形成磁路的微波等離子體，并只讓等離子體中的高速中性及激勵原子通過小孔，能獲得超音速的激勵原子束，用于向半導體的摻雜。
文檔編號H05H3/02GK1099188SQ9410308
公開日1995年2月22日 申請日期1994年3月30日 優先權日1993年4月1日
發明者吉田善一, 水口信一 申請人:松下電器產業株式會社