이온 빔

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이온빔은 이온으로 이루어진 하전입자빔의 일종이다.이온 빔은 전자 제품 제조(주로 이온 주입) 및 기타 산업에서 많이 사용됩니다.다양한 이온 빔 소스가 존재하며, 일부는 1960년대에 NASA가 개발한 수은 증기 추진기에서 파생되었습니다.가장 일반적인 이온 빔은 단일 전하 이온입니다.

단위

이온 전류 밀도는 일반적으로 mA/cm^2, 이온 에너지는 eV로 측정됩니다.eV를 사용하면 특히 단일 충전 이온 빔을 다룰 때 전압과 에너지 간 변환과 에너지 간 변환(1 eV = 11600K)^[1]에 편리합니다.

광빔 이온원

대부분의 상용 어플리케이션에서는 널리 사용되는 두 가지 유형의 이온 소스인 그리드드 및 그리드리스(gridless)를 사용합니다.이러한 이온 소스는 전류 및 전력 특성과 이온 ^[1]궤적을 제어하는 능력에 차이가 있습니다.두 경우 모두 이온 빔을 생성하기 위해 전자가 필요합니다.가장 일반적인 전자 방출체는 뜨거운 필라멘트와 중공 음극입니다.

격자 이온원

격자 이온원에서 DC 또는 RF 방전은 이온을 생성하기 위해 사용되며, 이온은 그리드 및 개구부를 사용하여 가속 및 소멸된다.여기서 직류방전전전류 또는 RF방전전력을 이용해 빔전류를 제어한다.

격자형 이온원을 사용하여 가속할 수 있는 이온 전류 $밀도{\displaystyle }$j {\$displaystyle$ j$}$는 차일드 법칙에 의해 기술된 공간 전하 효과에 의해 제한됩니다.

${$$}}{\sqrt {\frac$ {$2e}{m}}{\$frac {{$Delta$ V$}{\frac {3}{$2}}}}{$d^{$2$\}\}\}\}\},$

여기서 ${\displaystyle \delta }$V$(\displaystyle$ \$Delta$V$$)는 그리드 간의 전압$,$ d(\$displaystyle$ d$)$는 그리드 간의 거리, $(\displaystyle$ m$)$은 이온 질량입니다.

그리드는 전류 밀도를 ${\displaystyle \mathrm{최대}}$ ${\displaystyle \mathrm{1m}}$까지 증가시키기 위해 가능한 한 가깝게 배치됩니다($일반적$으로 d${\displaystyle }$m 1$$m \ $displaystyle d$ \ $sim$1 \ \$mathrm${ mm $\}$$$） ${\displaystyle 。}$j ${\displaystyle {}^{}}$ ${\displaystyle m^{}}$ ${\displaystyle f^{}}$ ${\displaystyle r^{}}$ a c${\displaystyle {}^{}}$-$$ \ 2 \ $display$ style j \ $propto m$^ { $frac$- { { } { frac - {$$} $\}$ } ）$이온{\displaystyle }$ 최대 이온에 큰 영향을 미칩니다.다른 모든 이온은 동일합니다.크립톤을 사용하는 빔 전류는 아르곤 빔의 최대 이온 전류의 69%에 불과하며, 크립톤을 사용하는 빔 전류는 55%^[1]로 감소합니다.

무격자 이온원

그리드리스 이온원에서는 전자의 흐름(그리드 없음)에 의해 이온이 발생한다.가장 일반적인 무격자 이온원은 엔드 홀 이온원이다.여기서 방전전류 및 가스류를 이용해 빔 전류를 제어한다.

적용들

이온빔 식각 또는 스패터링

이온빔의 한 종류는 듀오플라즈마트론이다.이온빔은 스패터링 또는 이온빔 식각 및 이온빔 분석에 사용할 수 있습니다.

이온빔 적용, 식각 또는 스패터링은 개념적으로 샌드블라스트와 유사하지만 이온빔의 개별 원자를 사용하여 표적을 약화시키는 기술입니다.반응성 이온 식각은 물리적 스패터링 효과를 높이기 위해 화학 반응성을 사용하는 중요한 확장입니다.

반도체 제조에서 전형적으로 마스크는 이산화규소나 비화갈륨 웨이퍼 등의 반도체 재료로 이루어진 기판상에 포토레지스트층을 선택적으로 노광할 수 있다.웨이퍼가 현상되며, 양성 포토 레지스트의 경우 노출된 부분이 화학 공정으로 제거됩니다.그 결과 웨이퍼의 표면 영역에 노출이 마스킹된 패턴이 남습니다.그런 다음 웨이퍼를 진공 챔버에 넣고 이온 빔에 노출합니다.이온의 충격이 대상을 침식하여 포토 레지스트에 의해 덮이지 않는 영역을 마모시킵니다.

FIB(Focused Ion Beam) 계측기는 박막 디바이스의 특성화를 위한 수많은 응용 분야를 가지고 있습니다.주사된 래스터 패턴의 집속 고휘도 이온 빔을 사용하여 재료를 정확한 직선 패턴으로 제거(스퍼트)하여 고체 재료의 2차원 또는 층서 프로파일을 나타냅니다.가장 일반적인 적용은 CMOS 트랜지스터의 게이트 산화층의 무결성을 확인하는 것입니다.단일 굴착부위는 주사전자현미경을 이용한 분석을 위해 단면을 드러낸다.얇은 라멜라 브릿지 양쪽에 이중 굴착을 이용하여 투과전자현미경 ^[2]시료를 작성한다.

FIB 계측기의 또 다른 일반적인 용도는 반도체 장치의 설계 검증 및/또는 고장 분석에 사용됩니다.설계 검증은 선택적 재료 제거와 전도성, 유전체 또는 절연성 재료의 가스 보조 재료 증착을 결합합니다.엔지니어링 프로토타입 장치는 집적회로의 도전경로를 다시 배선하기 위해 이온빔을 가스지원 재료증착과 조합하여 변경할 수 있다.이 기술은 CAD 설계와 실제 기능 시제품 회로 간의 상관관계를 검증하기 위해 효과적으로 사용되므로 설계 변경을 테스트하기 위해 새로운 마스크가 생성되지 않습니다.

재료 과학은 2차 이온 질량 분석법이나 전자 분광법(XPS, AES)과 같은 표면 분석 기술을 확장하여 깊이 프로파일을 작성할 수 있도록 스패터링을 사용합니다.

생물학

방사생물학에서 광폭 또는 집속 이온 빔은 세포간 및 세포내 통신, 신호 변환 및 DNA 손상 및 복구 메커니즘을 연구하기 위해 사용된다.

약

이온 빔은 입자 치료에도 사용되며, 가장 자주 암 치료에 사용됩니다.

공간 응용 프로그램

우주선에 탑재된 이온 및 플라즈마 추진기에 의해 생성된 이온 빔은 빔에 의해 조사되는 인근 물체(예: 다른 우주선, 소행성 등)에 힘을 전달하는 데 사용될 수 있다.이온 빔 셰퍼드라고 불리는 이 혁신적인 추진 기술은 소행성 편향뿐만 아니라 활발한 우주 잔해 제거 영역에서도 효과가 있는 것으로 나타났다.

고에너지 이온 빔

입자 가속기에 의해 생성되는 고에너지 이온 빔은 원자 물리학, 핵 물리학 및 입자 물리학에 사용된다.

무기

이온빔을 입자빔 무기로 사용하는 것은 이론적으로 가능하지만 증명되지 않았다.전자빔 무기는 20세기 초 미 해군에 의해 실험되었지만, 호스의 불안정성 영향으로 인해 약 30인치 이상의 거리에서 정밀도가 떨어집니다.이런 종류의 무기에 대한 자세한 내용은 입자 빔 무기를 참조하십시오.

「 」를 참조해 주세요.

• 이온원
• 이온 스러스터
• 이온풍

레퍼런스

외부 링크

• MELF-GOS 모델에 의해 계산된 고체 내 이온빔의 정지 파라미터
• ISOLDE – CERN에 위치한 다양한 방사성 이온 빔의 생산을 전담하는 시설