Математическое моделирование технологий ионной имплантации в кристаллические материалы и наноструктуры (см. рис. 1) в настоящее время расценивается в качестве основного инструмента оптимизации технологических процессов создания материалов с заданными свойствами в микроэлектронике и разработки перспективных радиационных нанотехнологий.
Рис. 1 – Нанотрубки
Для прогнозирования профилей имплантации ионов в монокристаллы в НПК ВИЭРТ построена стохастическая теория кинетики осевого каналирования ионов низких энергий, учитывающая потери полной энергии при движении иона в канале [7(2006),22(2006)]. Помимо этого, профили независимо моделировались методами парных соударений и молекулярной динамики с помощью разработанной оригинальной программы MICKSER. Как видно из Рис. 2, получено хорошее количественное согласие результатов теоретических расчетов и моделирования с надежными экспериментальными данными. Показано, что ориентационные зависимости формы профиля внедрения ионов хорошо согласуются с теоретическими критериями устойчивости каналирования, а при падении ионов вдали от направлений каналов решетки наличие длиннопробежных хвостов в профилях залегания определяется эффектом объемного захвата ионов в осевые каналы.
Рис. 2. Результаты теоретических расчетов и компьютерного моделирования профилей внедрения ионов бора разных энергий при имплантации вдоль осевого канала <100> кристалла кремния в сравнении с экспериментальными данными.
Наряду с имплантацией в кристаллы в последнее время большой интерес вызывает внедрение ускоренных ионов в наноструктурные материалы, в частности, в целях использования наноструктур в качестве сред – аккумуляторов водорода для нужд альтернативной водородной энергетики [2(2006),3(2006)]. С помощью программы MICKSER методами компьютерного моделирования впервые построены профили внедрения ионов средних энергий в сверхрешетки однослойных нехиральных углеродных нанотрубок в режиме каналирования (рис. 3).
Рис. 3 – Результаты, полученные методами компьютерного моделирования
Обнаружена и объяснена многопиковая структура профилей имплантации, выявлены основные закономерности их формирования. Также методами компьютерного моделирования изучались возможности управления пучками ускоренных заряженных частиц с использованием различных механизмов их отражения от поверхности [23(2006),24(2006)] и макроканалирования в коллиматорах и нанокапиллярах [25(2006)].