一种离子注入剂量测量方法技术

一种离子注入剂量测量方法，用于在离子注入装置对被处理物完成离子注入后的离子注入剂量的测量，该装置包括交流高压电极、直流负电压电极以及多孔地电极，被处理物放置在直流负电压电极朝向多孔地电极设置的阻挡介质上；测量方法包括：获取在直流负电压电极上施加的电压值，以及直流负电压电极与被处理物离子注入后上表面电荷层之间的电容值；根据电压值和电容值计算注入被处理物的电荷量；根据电荷量确定离子注入剂量。本发明专利技术通过离子注入前后的系统稳态参数计算离子注入剂量，无需测量离子注入过程中的暂态参数，解决了传统离子注入测量方法需对注入电流实时高精度检测，技术要求难度大、成本高的问题，可极大降低离子注入技术的应用成本。术的应用成本。术的应用成本。

【技术实现步骤摘要】
一种离子注入剂量测量方法


[0001]本专利技术涉及离子注入
，特别是涉及一种离子注入剂量测量方法。

技术介绍

[0002]离子注入技术是一种向材料表面中引入可控制数量的杂质粒子，以改变其电学性能的方法。离子注入有多种应用场景，如掺杂半导体、金属表面强化，非金属材料表面改性等。离子注入技术可以将一定剂量和能量的离子到材料表面，注入离子会与样品中的原子相互作用形成新的相，样品表面及近表面层的形貌、相组成、成分、组织结构等均会发生改变，材料的物理、化学、力学等性能和相态也会发生明显的改变，为其未来的多种应用提供了可能。
[0003]目前等离子体浸没离子注入技术中，主要靠离子流密度、注入时间、离子束的能量、角度分布以及注入区域的面积等多种不同参数综合测量离子注入的剂量。这种方法所需参数多，相关参数要求精度高，各参数之间存在关联且计算复杂，因此大大提高了离子注入的应用成本。此外，以上离子注入剂量测量方法属于在线或实时测量，离子注入过程也会对计算精度产生影响。根据离子注入前和注入后被处理物(即被测物)电学稳态的变化，通过离线测量对注入剂量进行计算，是另一种可行的离子注入剂量测量方法。CN202210887666.8号专利申请公开了一种等离子体材料表面改性装置和方法，其是一种等离子体非浸没离子注入技术((Plasma Non
‑
immersed Ion Implantation，PNII)。

技术实现思路

[0004]为解决现有离子注入剂量测量技术要求难度大的问题，本专利技术提出一种离子注入剂量测量方法，实现以简单、低成本的方式精确测量离子注入剂量。
[0005]本专利技术的技术问题通过以下的技术方案予以解决：
[0006]一种离子注入剂量测量方法，用于在离子注入装置对被处理物完成离子注入后的离子注入剂量的测量，所述离子注入装置包括交流高压电极、直流负电压电极以及位于所述交流高压电极与所述直流负电压电极之间的多孔地电极，在所述交流高压电极和所述多孔地电极之间为等离子体生成区，在所述多孔地电极和所述直流负电压电极之间为离子注入区，所述直流负电压电极朝向所述多孔地电极的一面设置有阻挡介质，被处理物放置在所述阻挡介质上；
[0007]所述测量方法包括如下步骤：
[0008]获取在所述直流负电压电极上施加的直流负电压值，以及所述直流负电压电极与所述被处理物离子注入后上表面电荷层之间的电容值；
[0009]根据所述直流负电压值和所述电容值计算注入所述被处理物的电荷量；
[0010]根据注入所述被处理物的电荷量确定所述离子注入剂量。
[0011]在一些实施例中，所述根据所述直流负电压值和所述电容值计算注入所述被处理物的电荷量，是根据如下公式来计算：
[0012][0013]其中，Q
注入
表示注入所述被处理物的电荷量，ε
r2
表示所述阻挡介质的介电常数，A2表示所述直流负电压电极与所述被处理物的正对面积，U表示直流负电压值，k表示静电力常量，d2表示所述直流负电压电极与所述被处理物的距离。
[0014]在一些实施例中，还包括：根据如下公式计算离子最大注入能量：
[0015]E
注入
＝eU；
[0016]其中，E
注入
表示离子最大注入能量，e表示离子所带电荷量，U表示直流负电压值。
[0017]在一些实施例中，还包括：根据离子最大注入能量和被处理物材料本身性质，确定离子最大注入深度。
[0018]在一些实施例中，还包括：获取所述电容值时，系统处于无电流的稳态。
[0019]在一些实施例中，所述电容值由理论计算得出或通过实验测量得出。
[0020]在一些实施例中，所述直流负电压电极为平板电极结构，或结合被处理物的形状而设计的特定形状。
[0021]在一些实施例中，所述被处理物为由高分子材料和/或纳米材料制成的膜材料。
[0022]在一些实施例中，施加所述直流负电压直到电场平衡后再进行离子注入剂量的测量。
[0023]在一些实施例中，所述等离子体注入为非浸没离子注入方式。
[0024]本专利技术与现有技术对比的有益效果包括：
[0025]本专利技术通过获取直流负电压电极的直流负电压值和直流负电压电极与被处理物离子注入后上表面电荷层之间的电容值，计算注入被处理物的电荷量，从而根据注入所述被处理物的电荷量精确得到离子注入剂量，与传统方法不同，本专利技术是通过离子注入前和离子注入后的系统稳态参数来进行测量，不需要离子注入各种参数以实时在线的复杂诊断，也不需要分别测量离子注入前和注入后被处理物电学稳态的变化，仅需获取离子注入前电学参数和离子注入机本身结构参数即可精确得到离子注入剂量，且还可以进一步测量离子最大注入能量和最大注入深度。由于无需离子注入过程中的各种暂态参数来进行实时在线的复杂诊断，本专利技术解决了传统的离子注入测量方法需对注入电流实时高精度检测，技术要求难度大、成本高的问题，可以极大降低离子注入技术的应用成本，有利于PNII的进一步工业应用。该方法可以广泛运用于材料表面进行改性的
，重点可应用在高分子材料、纳米材料组成的膜材料的材料表面改性。
[0026]本专利技术实施例中的其他有益效果将在下文中进一步述及。
附图说明
[0027]图1是本专利技术实施例中等离子体的非浸没式离子注入装置示意图；
[0028]图2是本专利技术实施例中等离子体注入计算示意图；
[0029]附图标记如下：
[0030]1‑
交流高压电极，2
‑
多孔地电极，3
‑
直流负电压电极，4
‑
被处理物，5
‑
交流电阻挡介质，6
‑
直流电阻挡介质，7
‑
高频交流电压，8
‑
直流负电压。
具体实施方式
[0031]下面对照附图并结合优选的实施方式对本专利技术作进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0032]需要说明的是，本实施例中的左、右、上、下、顶、底等方位用语，仅是互为相对概念，或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的。
[0033]传统的离子注入测量方法中需要精确计算离子流密度、注入时间、离子束的能量、角度分布以及注入区域的面积等，技术要求难度大，成本高。
[0034]本专利技术实施例提出了一种根据离子注入前电学参数确定直流负电压电极的直流负电压值，以及根据离子注入机本身结构参数确定直流负电压电极与被处理物之间的电容，来测量离子注入剂量和最大注入深度的方法，即，本专利技术仅通过离子注入前和离子注入后的系统稳态参数，即可精确得到离子注入剂量。该方法不需要离子注入过程中的复杂的各种暂态参数实时在线的计算和诊断，通过离线测量对注入剂量进行计算，大幅化简了离子注入计算成本，可以极大降低离子注入本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种离子注入剂量测量方法，用于在离子注入装置对被处理物完成离子注入后的离子注入剂量的测量，所述离子注入装置包括交流高压电极、直流负电压电极以及位于所述交流高压电极与所述直流负电压电极之间的多孔地电极，在所述交流高压电极和所述多孔地电极之间为等离子体生成区，在所述多孔地电极和所述直流负电压电极之间为离子注入区，所述直流负电压电极朝向所述多孔地电极的一面设置有阻挡介质，被处理物放置在所述阻挡介质上；其特征在于，所述测量方法包括如下步骤：获取在所述直流负电压电极上施加的直流负电压值，以及所述直流负电压电极与所述被处理物离子注入后上表面电荷层之间的电容值；根据所述直流负电压值和所述电容值计算注入所述被处理物的电荷量；根据注入所述被处理物的电荷量确定所述离子注入剂量。2.如权利要求1所述的离子注入剂量测量方法，其特征在于，所述根据所述直流负电压值和所述电容值计算注入所述被处理物的电荷量，是根据如下公式来计算：其中，Q
注入
表示注入所述被处理物的电荷量，ε
r2
表示所述阻挡介质的介电常数，A2表示所述直流负电压电极与所述被处理物的正对面积，U表示直流负电压值，k表示静电力常量，d2表示所述直流负电压电极与所述被处理物的...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔伟胜，张若兵，
申请(专利权)人：清华大学深圳国际研究生院，
类型：发明
国别省市：