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,,Electronic stopping power`` Modell

 

Lindhard und Winther [Lin65] führten schon 1964 die sogenannte Equi-Partition rule ein, indem sie die ,,Electronic stopping power`` im ,,Channeling``-Fall tex2html_wrap_inline12431 als genau die Hälfte der Stopping power in ,,Random-Richtung tex2html_wrap_inline12247 (nach Gleichung 2.31) definierten


equation4601
Allerdings wird hier nicht die Durchdringung der Elektronenhüllen von Ion und Target-Atom während des Stoßes berücksichtigt, sondern nur die elektronische Abbremsung entlang der freien Weglänge. Daher spricht man auch von einem nichtlokalen Modell (hochgestelltes nl).

Oen und Robinson [Oen76] gingen den umgekehrten Weg, indem sie den elektronischen Energieverlust nicht beliebig wählbaren Wegstrecken, sondern den einzelnen Target-Atomen zuordneten


 equation4605
tex2html_wrap_inline12437 bezeichnet den elektronischen Energieverlust während des Vorbeifluges des Ions am Target-Atom mit dem Stoßparameter p und der Abschirmlänge tex2html_wrap_inline12441, wobei tex2html_wrap_inline12085 aus dem ZBL-Potential (vgl.  Tabelle 2.1) stammt. Im Modell für amorphe Materialien sind Gleichung 2.42 und 2.27 äquivalent, im kristallinen Fall jedoch haben kanalisierte Ionen auf Grund der Tatsache, daß sie keine harten Stöße erleiden, im Mittel größere Stoßparameter, und gemäß Gleichung 2.42 ergibt sich dadurch eine kleinere elektronische Abbremsung. In diesem Fall spricht man von einem lokalen Modell (hochgestelltes loc). Es zeigt sich jedoch, daß zwar damit die Reichweite von Implantationen in (100) Wafer gut vorausgesagt, in (110) Wafer jedoch überschätzt wird [Hob93, Hob95d].

Hobler [Hob91a, Hob91c, Hob93, Hob95c, Hob95d] schlug daher den naheliegenden Weg ein und kombinierte beide Ansätze und präsentierte ein Modell, das sowohl aus einem nichtlokalen, von der freien Weglänge abhängigen, als auch aus einem lokalen, vom Stoßparameter abhängigen Anteil besteht. Der Energieverlust infolge elektronischer Abbremsung,


equation4609
setzt sich aus dem nichtlokalen, freie Weglänge tex2html_wrap_inline12253 proportionalen Anteil


 equation4613
und dem lokalen, Stoßparameter p proportionalen Anteil


 equation4617
zusammen, wobei


 equation4621
gefordert wird.

N repräsentiert die atomare Dichte des Targets, tex2html_wrap_inline12247 die Electronic stopping power`` in ,,Random-Richtung gemäß Gleichung 2.31 und tex2html_wrap_inline12177 den maximalen Stoßparameter für das Modell laut Gleichung 2.18.

Die Modellparameter ergeben sich zu


 equation4871
Die Werte für tex2html_wrap_inline12457 sind in Tabelle 2.5 tabellarisch für Bor, Phosphor und Arsen zusammengestellt.

  table4636
Tabelle 2.5: Die Parameter tex2html_wrap_inline12457 des ,,Elektronic stopping power`` Modells nach Hobler fuer Bor, tex2html_wrap_inline12461, Phosphor und Arsen.

Die Gleichungen 2.44 bis 2.46 sichern die Unabhängigkeit der mittleren elektronische Abbremsung von tex2html_wrap_inline12499 und a. Der Term in Gleichung 2.44 mit tex2html_wrap_inline12177 gewährleistet dies näherungsweise auch dann, wenn nur Stöße mit einem maximalen Stoßparameter tex2html_wrap_inline12177 in der Simulation berücksichtigt werden. Der Energieverlust in den Kanälen ist auf Grund wachsender Stoßparameter wieder vermindert, und die Energieabhängigkeit des nichtlokalen Anteils verringert sich mit zunehmender Ionenmasse.

Die Gültigkeit dieses Modells ist jedoch auf den geschwindigkeitsproportionalen Bereich von tex2html_wrap_inline12247 beschränkt, denn bei höheren Energien würde gemäß Gleichung 2.47 tex2html_wrap_inline12509, folglich tex2html_wrap_inline12511 (Gleichung 2.46). Somit wäre der elektronische Energieverlust laut Gleichung 2.44 ident mit jenem im Modell für amorphe Materialien, was den experimentellen Daten von Eisen [Eis72] widerspricht. Daher wurde dieses Modell in [Sim95c] für höhere Energiebereiche modifiziert und erweitert.


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