$万业企业(SH600641)$  离子源模块离子注入机中掺杂离子的来源主要包括三大类:掺杂物蒸气、气态掺杂化学合成物原子以及分子游离放电产生的物质。热灯丝离子源是应用最为广泛的一种离子源。在该离子源中,灯丝电能供应系统加热钨丝,在炽热的灯丝表面产生热电子发射。这些热电子随后被高电压的电弧电力供应系统加速,进而将掺杂物气体的分子和原子分解并使其离子化。离子源模块内存在磁场,使电子做螺旋运动,这不仅增加了电子的行进距离,还提高了电子与掺杂物分子碰撞的概率,从而产生更多的掺杂物离子。负偏压的抗阴极电极板能够排斥附近的电子,减少了电子沿磁场线与侧壁碰撞的损失。

除了热灯丝离子源,射频(RF)离子源和微波离子源等其他类型的离子源也常用于离子注入制造过程。射频离子源利用电感耦合的射频能量来离化掺杂物离子。微波离子源则通过电子回旋共振产生等离子体,实现掺杂物离子的离子化。

离子源中离子种类繁多,在加速电压的作用下,它们以高速运动。不同离子具有不同的原子质量单位和质荷比。质量分析模块通过质荷比图(原子质量单位与电荷比值)来区分这些离子。

在离子注入机中,质量分析模块负责从混合的等离子束中筛选出所需的杂质离子。分析磁体呈90角,其磁场使离子轨迹偏转成弧形。由于不同质荷比的离子在磁场中偏转轨迹各异,过重或过轻的离子无法偏转到合适角度,无法通过磁场。只有特定质荷比的离子能恰当地偏转,顺利通过分析磁铁中心,最终掺杂进硅片。

磁分析器的原理基于带电粒子在磁场中受洛仑兹力作用而偏转。当带电粒子速度垂直于均匀磁场时,洛仑兹力的公式为:

其中,v为离子速度,q为离子电荷,M为离子质量,B为磁场强度,r为离子圆周运动半径。偏转半径r与B成反比,与M成正比。调节励磁电流B的大小,即可筛选出不同质荷比的离子。然而,对于具有相同质荷比的离子,如N2+和Si+、N+和Si++等,在相同磁场下具有相同的偏转半径,磁分析器无法区分。因此,对气体纯度的要求极高。

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