Ion sources optimization for high energy ion implantation by computer simulation

Abstract

Results of the computer simulation for ion sources optimization used for ion implantations have been done. The highly stripped ion source has been designed to provide high current beams of multiply charged P and B ions for high energy ion implantation. However, the total current transport efficiency was about 30%. The modified computer code Kobra has been used to simulate processes of ion extraction by dc-acceleration systems as well as beam transport and thus to determine main reasons for ion beam losses. The calculations indicated that the losses of extracted ion beam mainly occur in the transport channel and magnetic separator. The computer modeling allows find optimal geometry for ion-optical system. Several ion-optical systems were designed and also changed the design of the initial section of the beam transport channel. Furthermore, the simulation for original way of compensating the parasitic beam deflection has been executed. Results of experiments with the modified geometry are supported simulation results. With the optimization of geometries of the ion-optical system and experimental setup, the maximum current transport for Boron ions has been attained. It should be noted that the maximum attainable percentage of singly charged B ions was 65% and the total current transport was about 60%.

Приведено результати чисельного моделювання оптимізації іонного джерела для іонної імплантації. Для отримання високо-енергійних іонів фосфору і бору було створено іонне джерело, однак, його ефективність була дуже низькою. Для знаходження каналів втрат було здійснено комп’ютерне моделювання на основі модифікованого коду Кобра, яке довело, що головні втрати зв’язані з транспортним каналом та з магнітним сепаратором. Завдяки моделюванню було знайдено оптимальну геометрію джерела, а також шляхи компенсації відхилення пучку у магнітному полі. Здійснена на основі розрахунків модифікація іонного джерела дозволила отримати максимальний струм для пучків бору та підвищити ефективність іонного джерела більш ніж вдвічі.

Приведены результаты численного моделирования оптимизации ионного источника для ионной имплантации. Для получения высокоэнергетичных пучков фосфора и бора был создан ионный источник, однако, его эффективность была крайне низкой. Для нахождения возможных каналов потерь было проведено компьютерное моделирование на основе модифицированного кода Кобра, которое показало, что основные потери связаны с транспортным каналом и магнитным сепаратором. Благодаря моделированию была найдена оптимальная геометрия источника, а также пути компенсации отклонения пучка в магнитном поле. На основе полученных результатов источник был модифицирован, что позволило достичь максимального тока для пучков однозарядного бора и повысить эффективность источника более чем вдвое.