В Институте ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН в рамках проекта по созданию молодежных лабораторий Министерства науки и высшего образования РФ организована лаборатория имплантерных ионных источников.
Программа лаборатории включает в себя решение различных фундаментальных задач: изучение взаимодействия ионного пучка с материалами, получение ионных пучков с ультрамалым эмиттансом и вопросы их транспортировки в электродинамических системах. Результаты научных исследований могут быть использованы в развитии микроэлектронной промышленности России.
Метод ионной имплантации основан на внедрении в твердое тело, например в пластину полупроводника, ионизированных атомов и молекул с наперед заданной энергией. Последние тридцать лет микроэлектронная промышленность всего мира развивается именно благодаря имплантерным технологиям. Установки для реализации подобной технологии называются «ионные имплантеры», важным элементом которых являются ионные источники — именно в них происходит формирование пучка ионов для целей имплантации. ИЯФ СО РАН имеет большой опыт в создании различных ионных источников, которые в свое время разрабатывались и создавались в институте как для полупроводниковой промышленности, так и для экспериментов в области физики плазмы, и для развития методов ускорительной масс-спектрометрии.
«До 1990-х годов специалисты ИЯФ разрабатывали целую линейку протонных источников по заказу Министерства электронной промышленности, — рассказал академик Николай Сергеевич Диканский, — Установки назывались «ПРИЗ» (ПРотонная ИЗоляция) и использовались для создания при помощи пучка протонов изоляционного слоя на кремниевой подложке. Машины создавались с различной энергией в зависимости от задач заказчиков. Также ИЯФ СО РАН является законодателем мод в производстве мощных атомарных пучков, которые используются для нагрева плазмы».
Именно с ионных источников ИЯФ СО РАН, созданных для экспериментов в области физики плазмы и управляемого термоядерного синтеза, в России началось развитие метода ускорительной масс-спектрометрии (УМС), благодаря которому сегодня с высокой точностью производится датировка археологических объектов.
По словам заведующего лабораторией имплантерных ионных источников кандидата физико-математических наук Владислава Склярова, коллектив молодежной лаборатории будет использовать весь накопленный в ИЯФ СО РАН опыт в области ионных источников, что позволит эффективно решать поставленные задачи.
«Основной задачей нашей лаборатории в ближайшее время является создание стенда испытаний ионных источников, на котором могут проводиться работы по исследованию различных режимов работы. На основании полученных результатов возможно дальнейшее улучшение разрабатываемых приборов. Каждый ионный источник создается под отдельную задачу, и, естественно, по мере возникновения новых задач будет происходить и модернизация стендового комплекса. Помимо сугубо технических задач, в рамках работы с ионными пучками возникает много вопросов уже не технического, а фундаментального характера. К ним, например, относятся: получение ионных пучков с малым эмиттансом, транспортировка ионных пучков в электродинамических системах, улучшение технологий создания систем масс-сепарации. Также если мы говорим о прикладных задачах, то, несмотря на долгую историю, важной является задача по физике взаимодействия тяжелых ионов с веществом. Наша задача максимум — сформировать в институте новое крупное фундаментальное направление по физике ионных пучков и специальным ионным источникам», — добавил Владислав Скляров.
Создание источников ионов лежит на стыке физики плазмы, физики ускорителей заряженных частиц, а также силовой электроники. По этой причине в лабораторию имплантерных ионных источников ИЯФ СО РАН входят специалисты из разных подразделений в области физики плазмы, ВЧ-разрядов, ускорительной техники (в особенности расчетов магнитных элементов, необходимых для формирования правильных параметров пучка), силовой электроники и систем управления.
Имплантерные ионные источники ИЯФ СО РАН будут использоваться для развития современных отечественных ионных имплантеров, первые проекты которых уже реализуются в коллаборации с предприятиями Зеленограда (АО «НИИТМ» и АО «НИИМЭ»).