Ionenstrahlsynthese

Bei der konventionellen Ionenimplantation mit niedrigen und mittleren Fluenzen (< 1016 cm-2), z. B. in der Mikroelektronik, liegt die Konzentration der implantierten Dotieratome üblicherweise unter deren Löslichkeitsgrenze im Silizium. Bei entsprechenden Ausheiltemperaturen ordnen sich die Dotieratome auf Gitterplätzen und nur ein geringer Teil verbleibt als gelöste Zwischengitteratome.

  • Zeitlicher Verlauf von Ionenimplantation und Temperung und die resultierenden Abläufe im Festkörper

Bei der Ionenstrahlsynthese (Ion Beam Synthesis – IBS) werden Ionen mit hoher Fluenz (> 1016 cm-2) in die Festkörperoberfläche eingeschossen. Hier kollidieren sie mit den Festkörperatomen und werden abgebremst. Die deponierten Atome können schnell die Löslichkeitsgrenze des Festkörpers überschreiten, so dass hier zuerst eine übersättigte feste Lösung entsteht. Bei gut beweglichen Fremdatomen (wie bei Gold-Atomen in Silizium-Dioxid - SiO2) kann es schon während der Ionenimplantation zur Phasenseparation, d.h. zu einem Abbau der Übersättigung mittels Keimbildung und Keimwachstum und anschließendes Ostwald-Reifen kommen (siehe Abb.). Bei weniger beweglichen Fremdatomen setzen diese Vorgänge in der Regel erst bei einer späteren Temperung ein. Für hohe Implantationsdosen findet man eine hohe Dichte relativ großer Ausscheidungen (Nanocluster), die sich dann berühren und miteinander verschmelzen können (Koaleszenz). Die Ionenfluenz kann so hoch gewählt werden, dass die Nanocluster miteinander verschmelzen und sich unter Einfluss der Grenzflächenspannung eine glatte, vergrabene Schicht bildet.