Расчет формирования равномерных полей облучения протонами с энергиями от 5 до 15 МэВ на циклотроне МГЦ-20
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
Содержание
Введение
.Теоретическая часть
.1 Циклотрон, принцип работы
.1.1 Изохронный циклотрон
.1.2 Циклотрон МГЦ-20
.2 Программа SRIM
.3 Модифицирование полупроводников пучками протонов
.3.1 Радиационное легирование
.3.1.1 Ионная имплантация
.3.2 Ионно-стимулированные процессы
. Экспериментальная часть
.1 Расчёт составляющих системы формирования равномерного поля протонов
.1.1 Первая рассеивающая фольга
.1.2Первый ионопровод
.1.3 Вторая рассеивающая фольга
.1.4 Второй ионопровод
.1.5 Третья рассеивающая фольга
.2 Итоговые данные
Выводы
Список используемой литературы
Введение
Непрерывное усложнение задач полупроводниковой электроники, развитие её новых направлений, таких как наноэлектроника и оптоэлектроника, продемонстрировали ограниченность используемых в настоящее время технологических процессов легирования и предопределили поиск и разработку новых методов, наиболее перспективными из которых являются радиационные методы.
Для проведения неоднородного по глубине легирования необходимо использовать такой вид радиационного воздействия, который обеспечит эффективное изменение свойств полупроводника на контролируемых глубинах. С этих позиций оптимальным является использование короткопробежных заряженных частиц, в частности ускоренных ионов, из-за их характерного профиля тормозных потерь энергии.
Наряду с практической важностью исследования радиационного легирования полупроводниковых материалов с использованием заряженных частиц, такой цикл работ оказался актуальным ив научном плане, поскольку с их помощью были получены дополнительные, необходимые для развития радиационной физики твёрдого тела сведения о процессах генерации радиационных дефектов, свойствах этих дефектов и их взаимодействии с примесями в полупроводниках. Проведённые за последние двадцать лет исследования выявили и наиболее перспективный вид заряженных частиц: это оказались самые лёгкие ионы - протоны. Так сформировалось новое направление радиационного легирования - модифицирование полупроводников пучками протонов.
В данной работе проведено исследование возможности использование этого метода на циклотроне МГЦ-20. В данном случаем необходимо облучать равномерным полем протонов мишень с радиусом 5 см. Так как из циклотрона выходит точечный (диаметром 3 мм) пучок протонов, то между ней и циклотроном находится система формирования. Она состоит из пяти элементов: трёх рассеивающих фольг и двух ионопроводов (рис.1).
Рис.1 Схема системы формирования равномерного поля протонов
Основными характеристиками, которые определяет поле, являются:
)Неоднородность поля - показывает, насколько больше частиц попадет в центр мишени, нежели по краям
Для нормального облучения мишени необходимо, что этот показатель был меньше 10%
)Плотность тока в мишени - показывает интенсивность облучения мишени
Для более эффективного облучения необходимо добиться как можно более высокого значения плотности тока
)Разброс по энергии - отклонение от среднего значения энергии протонов
Для нормального облучения мишени необходимо, чтобы разброс по энергиям был не больше 10% от среднего значения
Система формирования должна быть универсальной - необходимо, чтобы поле эти требования выполнялись при выходных энергиях в 5 МэВ и 8 МэВ.
Моделирование эксперимента производится на программе SRIM.
Главная задача этой работы - подобрать такие составляющие системы формирования, чтобы выполнялись все необходимые условия.
1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
1.1 Циклотрон, принцип работы
Для того чтобы заряженная частица могла вступить в ядерную реакцию, она должна приблизиться к ядру на достаточное расстояние с тем, чтобы вероятность её проникновения путём туннельного перехода приобрела заметную величину. Поэтому важной экспериментальной задачей была разработка методов получения заряженных частиц с энергиями в несколько миллионов электрон-вольт.
Вначале стремились к тому, чтобы установка имела лабораторный масштаб, по возможности помещалась на лабораторном столе и чтобы она не требовала для своего осуществления слишком больших затрат. Однако, когда некоторые из установок, отвечающих этим требованиям, были изобретены, оказалось, что путём повышения их размеров и мощности можно значительно расширить экспериментальные возможности. Наиболее эффективной установкой этого типа является циклотрон, вначале построенный Лоуренсом в виде небольшого лабораторного прибора, а в настоящее время в ряде случаев являющийся грандиозной технической установкой.
Рис. 2. Принцип Действия циклотрона.
Принцип действия циклотрона необычайно прост. Представим себе металлическую коробку в виде плоского полого цилиндра, разрезанного пополам. Коробка помещается в поперечное магнитное поле и на обе половины её накладывается сравнительно небольшая разность потенциалов (примерно 10 - 100 кВ) от высокочастотного генератора. Пусть в некоторый момент в разрезе между этими половинами, которые называются дуантами, находится положительный ион. Если в этот момент левый дуант (рис. 2) заряжен до максимального отрицательного потенциала, то ион притянется влево и попадёт внутрь дуанта, где электрическое поле отсутствует, но имеется поперечное магнитное поле (перпендикулярное к плоскости чертежа). Под действи