能提高材料结晶品质的组合离子注入方法

摘要

一种能提高材料结晶品质的组合离子注入技术，属于离子束材料改性的技术领域。使用组合材料技术先在一块拟改性材料的衬底上制备大量的具有各不相同的二次离子注入参数的样品单元，并对该块衬底上的样品单元进行高效、并行的测试，筛选出结晶品质最好的样品单元，该单元对应的二次离子注入参数就是最佳的二次离子注入条件，用最佳的二次离子注入条件对另一块拟改性衬底进行离子束材料改性处理，使拟改性衬底表面的非晶结构能得到最大限度的重结晶，使晶格的完整性能得到最大限度的恢复，从而提高拟改性衬底的结晶品质。有稳定可靠、操作规范、针对性强、易于实现等优点。该技术还可以推广到对半导体功能材料或金属材料氢化或氮化的研究。

主权项

1、一种能提高材料结晶品质的组合离子注入方法，其特征在于，具体操作步骤：第一步一次离子注入将第一掩膜板a覆盖在拟改性材料的衬底的表面，连同所述的衬底一起放在注入机的样品架上，进行一次离子注入，获得注入条件一致的64个样品单元，所述的拟改性材料是半导体材料，第一掩膜板a是8x8孔洞的Al板，一次离子注入条件为所述的一次离子为金属离子，能量为50keV，一次离子注入剂量为ds1＝1016/cm2；第二步第1次二次离子注入将第二掩膜板b覆盖在第一掩膜板a的上方，连同所述的衬底和第一掩膜板a一起放在注入机的样品架上，进行第1次二次离子注入，第二掩膜板b是4x8孔洞的Al板，第一掩膜板a的一半被覆盖，第1次二次离子注入条件为所述的二次离子为组成所述的拟改性材料的一种金属元素的离子，能量为50keV，第1次二次离子注入剂量ds21＝1.6*1015/cm2；第三步第2次二次离子注入将第二步中的第二掩膜板b旋转90度后覆盖在第一掩膜板a的上方，连同所述的衬底和第一掩膜板a一起放在注入机的样品架上，进行第2次二次离子注入，第二掩膜板b是4x8孔洞的Al板，第一掩膜板a的一半被覆盖，第2次二次离子注入条件为所述的二次离子为第二步中所述的离子，能量为50keV，第2次二次离子注入剂量ds22＝2ds21；第四步第3次二次离子注入取下第二掩膜板b，将第三掩膜板c覆盖在第一掩膜板a的上方，连同所述的衬底和第一掩膜板a一起放在注入机的样品架上，进行第3次二次离子注入，第三掩膜板c是有两个2x8孔洞的Al板，第一掩膜板a各两行交替被覆盖，第3次二次离子注入条件为所述的二次离子为第二步中所述的离子，能量为50keV，第3次二次离子注入剂量ds23＝4ds21；第五步第4次二次离子注入将第四步中的第三掩膜板c旋转90度后覆盖在第一掩膜板a的上方，连同所述的衬底和第一掩膜板a一起放在注入机的样品架上，进行第4次二次离子注入，第三掩膜板c是有两个2x8孔洞的Al板，第一掩膜板a各两行交替被覆盖，第4次二次离子注入条件为所述的二次离子为第二步中所述的离子，能量为50keV，第4次二次离子注入剂量ds24＝8ds21；第六步第5次二次离子注入取下第三掩膜板c，将第四掩膜板d覆盖在第一掩膜板a的上方，连同所述的衬底和第一掩膜板a一起放入注入机内样品架上，进行第5次二次离子注入，第四掩膜板d是有四个1x8孔洞的Al板，第一掩膜板a各行交替被覆盖，第5次二次离子注入条件为所述的二次离子为第二步中所述的离子，能量为50keV，第5次二次离子注入剂量ds25＝16ds21；第七步第6次二次离子注入将第六步中的第四掩膜板d旋转90度后覆盖在第一掩膜板a的上方，连同所述的衬底和第一掩膜板a一起放入注入机内样品架上，进行第6次二次离子注入，第四掩膜板d是有四个1x8孔洞的Al板，第一掩膜板a各行交替被覆盖，第6次二次离子注入条件为所述的二次离子为第二步中所述的离子，能量为50keV，第6次二次离子注入剂量ds26＝32ds21，ds21+ds22+ds23+ds24+ds25+ds26＝10.08ds1，至此，在所述的衬底的表面上排列着用64种二次离子注入条件制成的64个样品单元；第八步快速退火N2气氛中，所述的衬底快速热退火，退火条件为：800℃，10s；第九步筛选出结晶品质最好的样品单元使用Raman散射技术来表征材料重结晶后的结晶品质，所述的衬底上每个样品单元的拉曼测量在Dilor LabRam-INFINITY显微拉曼光谱仪上进行，激发光为Ar+激光的514.5nm线，采用背散射的几何配置，激发光入射方向垂直于样品表面，最后筛选出结晶品质最好的样品单元；第十步制备结晶品质最好的衬底取一片拟改性材料的衬底，按第九步筛选得到的结晶品质最好的样品单元所对应的二次离子注入条件对其进行二次离子注入处理，再将经上述处理的衬底进行上述的第八步的快速退火处理，得结晶品质最好的衬底。