Was ist ein Ionenimplantat?

Die Ionenimplantation findet in verschiedenen Branchen Anwendung, insbesondere bei der Herstellung von Halbleitern. Ein Ionenimplantat ist ein Ion eines bestimmten Elements, das in seinem umgebenden Material platziert wird, um die elektrischen oder Oberflächeneigenschaften des Materials zu ändern. Einige übliche Elemente, die bei der Ionenimplantation verwendet werden können, sind Phosphor, Arsen, Bor und Stickstoff.

Die Wissenschaft der Ionenimplantation ist seit den 1950er Jahren bekannt, wurde jedoch erst in den 1970er Jahren in großem Umfang angewendet. Eine Maschine, die als Massentrenner bezeichnet wird, implantiert Ionen in ihr Zielmaterial, das für wissenschaftliche Zwecke als "Substrat" ​​bezeichnet wird. In einem typischen Aufbau werden Ionen an einem Quellenpunkt erzeugt und dann in Richtung eines Trennungsmagneten beschleunigt, der die Ionen effektiv konzentriert und auf ihr Ziel zielt. Die Ionen bestehen aus Atomen oder Molekülen mit einer Elektronenzahl, die höher oder niedriger als gewöhnlich ist, wodurch sie chemisch aktiver werden.

Beim Erreichen des Substrats kollidieren diese Ionen mit Atomen und Molekülen, bevor sie zum Stillstand kommen. Solche Kollisionen können den Atomkern oder ein Elektron betreffen. Der durch diese Kollisionen verursachte Schaden verändert die elektrischen Eigenschaften des Substrats. In vielen Fällen beeinträchtigt das Ionenimplantat die Fähigkeit des Substrats, Elektrizität zu leiten.

Eine als Dotierung bezeichnete Technik ist der Hauptzweck für die Verwendung eines Ionenimplantats. Dies wird üblicherweise bei der Herstellung von integrierten Schaltkreisen durchgeführt, und in der Tat könnten moderne Schaltkreise wie jene in Computern nicht ohne Ionenimplantation hergestellt werden. Dotierung ist im Grunde eine andere Bezeichnung für Ionenimplantation, die speziell für die Herstellung von Schaltkreisen gilt.

Das Dotieren erfordert, dass die Ionen aus einem sehr reinen Gas hergestellt werden, was manchmal gefährlich sein kann. Aus diesem Grund gibt es viele Sicherheitsprotokolle, die den Prozess des Dotierens von Siliziumwafern regeln. Partikel des Gases werden in einem automatisierten Massenabscheider beschleunigt und auf das Siliziumsubstrat gelenkt. Die Automatisierung reduziert Sicherheitsprobleme, und auf diese Weise können mehrere Schaltkreise pro Minute dotiert werden.

Die Ionenimplantation kann auch zur Herstellung von Stahlwerkzeugen verwendet werden. Der Zweck eines Ionenimplantats besteht in diesem Fall darin, die Oberflächeneigenschaften des Stahls zu ändern und ihn rissbeständiger zu machen. Diese Änderung wird durch eine leichte Kompression der Oberfläche aufgrund der Implantation verursacht. Die durch das Ionenimplantat hervorgerufene chemische Veränderung kann auch vor Korrosion schützen. Dieselbe Technik wird verwendet, um Prothesen wie künstliche Gelenke zu konstruieren und ihnen ähnliche Eigenschaften zu verleihen.