Te viss par implantēšanu (**)

Diezgan izplatīta metode virsmu pārklājumiem ir galvanosteģija. Ja Jums ir kāds pulkstenis, pildspalva vai jebkāds cits nieciņš ar metalizētu virsmu vai rakstu uz plastmasas, ļoti iespējams, tas izgatavots ar galvaniku. Taču tas ir dārgi, vidi piesārņojoši, un daudz labāka metode ir vakuumuzputināšana. Mūsdienās visbiežāk šādus dekoratīvos pārklājumus taisa vakuumā, jo, ja vakuums ir gana dziļš, tad pazūd normālos apstākļos visuresošā monomolekulārā gaisa kārtiņa uz visām virsmām, un tāpēc pat ļoti atšķirīgi materiāli vai elementi, pat knapi tos saspiežot, sametinās kopā uz mūžiem, ar visiem saviem starpmolekulārajiem spēkiem.

Implantācija ir tuvs radinieks vakuumuzputināšanai, taču atšķiras gan ar metodi, gan biezumu. Jonu implantācija tika atklāta drīz pēc pēdējā Pasaules Kara pusvadītāju dopēšanai, līdz starp 60 un 70 gadiem kļuva par vispārizplatītu standartu, vienu no trim iespējamām alternatīvām dopēšanā. Dopēt nozīmē kontrolēti ievadīt ļoti ļoti nelielu daudzumu dopanta (piemaisījumu elementa) precīzi dozētā daudzumā un dziļumā. Daudzumu nosaka apšaudes masas plūsma reiz laiks, bet dziļumu nosaka jonu ātrums, tātad paātrināšanā saņemtā enerģija, kas ir spriegums.

Jonu implantācijas mašīnas visas sākas ar jonu avotu, agrāk teica jonu lielgabalu. Agrāk teica, ka rodas jonu stars, korektāk ir teikt jonu kūlis. Jons nozīmē, ka atomiem vai molekulām kūlī piemīt lādiņš, vai nu negatīvs vai pozitīvs. Apgalvo, ka negatīvi lādētas gaisa daļiņas esot veselīgas, bet pozitīvas nē. Lai vai kā, implantē parasti pozitīvus jonus un ne jau gaisa.

Tātad, pirmā ietaise ir jonu avots, kur parasti uztaisa plazmu no izvēlētas gāzveida vielas un tad ar elektrostatisko lauku ekstraģē tos jonus, kas iegadās gana tuvu ekstrakcijas elektrodam. Diemžēl gāzu saimniecība ir smagnēja lieta, bet tās gāzes, kas der dopēšanai, ir ļoti indīgas un nemaz nav lētas. Tāpēc mūsu ideja ir pāriet uz cietvielas izejvielu, kur iespējas ir dažādas. Vairāki autori pirms mums ir centušies šo problēmu atrisināt, un sekmes ir bijušas pavisasm nesliktas. Mēs šo pieredzi papildināsim ar savu pieredzi plazmas iegūšanas jomā un ceram, ka tas dos vērā ņemamu zinātnisko un arī tehnoloģisko pienesumu. Ja runā par pusvadītāju dopēšanu, tad ir tāda dopantu "svētā trīsvienība" - fosfors, arsēns un bors. No tiem ar boru lietas sastāv vissmagāk, jo savas 2,5 tūkst grādu kušanas temperatūras dēļ tā tvaiku un līdz ar to arī plazmas iegūšana ir tehnoloģisks izaicinājums. Tieši tas ir mūsu Projekta mērķis, bora joni.

Otra ietaise ir jonu kūļa formēšana - kā optikā, tikai ar elektrostatiskām Einzell lēcām - kūļa ekstrakcija, kūļa priekšpaātrināšana, stūrēšana paralēli trakta asij, kondensors, kas panāk fokusu bezgalībā, lai kūlis neizklīst. Tās ir labi zināma lietas, kaut arī prasa lielu mehāniskās izgatavošanas precizitāti, kādu var iegūt tikai uz labas klases lāzergriezēja.

Trešā ietaise ir masselektors alias masas filtrs. Tas nelaiž cauri jebkādus jonus, kā vien tos, uz ko ir noskaņots. Klasiski šai vietā lieto nepilnu tonnu smagus sektora magnēta tipa masselektorus, ar izrietošu cenu. To paveidu skaits ir ar kārtu ducis, bet neviens nav ne lēts, ne mazs. Mūsu ideja ir šai vietā pielietot kvadrupla masselektoru pazīstamu kā QMS. Agrāk tādus nelietoja ļoti vienkārša iemesla dēļ - izgatavojot to neprecīzāk kā ar 10 mikrometri pielaidi, trakta caurspīdīgims izvēlētajai vielai ir sliktāks par 10%. Taču mūsdienās dažas firmas pasaulē ir apguvušas tehnoloģijas, kā precizitāti nospiest līdz mikrometra ceturtdaļai, un pie tādas caurspīdīgums jau ir labāks par 95%. Vārdu sakot, ne sliktāks kā magnēta versijai. QMS gan prasa stipri advancētāku elektronikas apsaisti, taču to mēs mākam konstruēt un izgatavot, piemēram, ar DDS tehnoloģijas palīdzību.

Ceturtā ietaise ir paātrinātājs. Te atkal ir daudzi augstas izgatavošanas precizitātes elektrodi un īpaši augsta sprieguma avots. Eksistē divas versijas - vai nu vidēji augstas frekvences orientējoši 10 kV barošanas avots, vai līdzsprieguma 100 kV avots. Vienu no šiem ceļiem realizēsim, kad tam pienāks paredzētais laiks, domājams, ka iesim pa DC paātrinātāja ceļu. Rezultātā joni tiek paātrināti un nokļūst uz izvērses sistēmas, kur, tā pat kā kineskopa tipa televizorā, kūli izvērš, ka tas vienmērīgi "nokrāso" paredzēto laukumu. Lai "krāsojums" ar dopantu sanāktu pavisam vienmērīgs, krāsojamo (t.i. implantējamo) paraugu groza mazs soļu motorītis. Lai uz parauga uzkrājošies lādiņš nesāktu grūst jonus prom, paraugu apstaro ar piemeklēta stipruma elektronu kūli, kas tāpat ir rastrēts (izvērsts).

Piektā sistēma ir vakuumnodrošinājums, ko dod turbovakuumsūkņi sadarbībā ar forvakuumsūkņiem un kontroles elektronikas apsaisti.

Pielietojums mūsdienās neierobežojas tikai ar pusvadītāju industriju. Ir zināms, ka implantācijas jomā 3/4 peļņas šobrīd taisa mazi inovatīvi uzņēmumi ar dažiem strādājošajiem, bet diženām idejām. Šādiem uzņēmumiem nopirkt lielu, jaudīgu un dārgu implantācijas mašīnu nav ne lietderīgi, ne arī (vismaz daudziem) nav pa kabatai. Tas ko viņi meklē, iespējams, ir viegli modificējama, bet sevišķi augstas tīrības iekārta, kur nodarboties ar eksperimentēšanu un mazsēriju ražošanu. Taisni tādu iekārtu mēs gribam radīt. To lietos varbūt eksotisku pusvadītāju sensoru radīšanai, varbūt metālu virsmu modificēšanai (piemēram, lai metāla gultņos lodītes vakuumā nesametinātos), varbūt jauna parauga akcīzes marku taisīšanai vai kvantu kompjūteru izgatavošanai. Tas jau ir nākotnes jautājums, par ko jādomā mūsu iekārtas lietotājiem. Mūsu uzdevums ir izgatavot iekārtu lēti, viegli transformējamu, un ekstra augstas tīrības

Pēdējo uzdevumu mēs taisāmie panākt, vakuumtraktu taisot no kvarca. Mums LU-ASI Šķūņu ielas 4 mājā ir kvarca stiklapūšanas darbnīca un karstās stiklveida materiālu apstrādes speciālisti un pieredze nepilna gadsimta garumā. Kvarcs ir viens no tīrākajām alternatīvām, kādu var iedomāt, un vienlaikus ļauj viegli un ātri savienot vai atvienot sistēmas blokus. Lētumu nodrošinās mazs materiālu patēriņš, jo mūsu sistēma būs samērā miniatūra, ceram par galda izmēra ierīci, tātad arī pirmais mērķis nav nereāls.

(**) - te links, nedaudz zem 70 lapaspuses garš, disertācijas pirmajam uzmetumam, kas noteikti pamatīgi jāpapildina, jāpilnveido, jāuzpilda ar eksperimentu datiem, un droši vien jāformatē, jāformatē un vēleiz jāformatē, taču jau šobrīd ir vismaz kaut cik lasāms un baudāms, ja lasītāju nebiedē, bet taisni interesē sīka tehniska detalizācija.  Lūdzu ņemt vērā, ka šo kopiju nav caurskatījis neviens padomdevējs, tāpēc tā var tikt mainīta jebkurā brīdī, un (ceru ka nē) var saturēt pat kādu retu nepamanītu aplamību. Prasa 2.6 MB vietas. Atjaunots 20.02.2021. Pāratjaunots 02.03.2021 Atjaunots 04.03.2021, atjaunots 12.03.2021. Atjaunots 14.03.2024 (piedodiet, šī vebsaita uzturētājs nepieļauj lielus failus un to nācās saskaldīt divos. Tos apvieo ar jebkādu arhivatoru - Winrar, Winzip, 7-zip vai daudziem citiem. Linki te 000_Disertac_19may-135_part1.rar un 000_Disertac_19may-135_part2.rar