Che cos'è un impianto ionico?
L'impianto di ioni ha applicazioni in diversi settori, in particolare nella produzione di semiconduttori. Un impianto ionico è uno ione di un particolare elemento, posizionato nel suo materiale circostante allo scopo di modificare le proprietà elettriche o superficiali del materiale. Alcuni elementi comuni che possono essere utilizzati nell'impianto di ioni sono fosforo, arsenico, boro e azoto.
La scienza dell'impianto di ioni è nota dagli anni '50, ma non è stata ampiamente utilizzata fino agli anni '70. Una macchina chiamata separatore di massa viene utilizzata per impiantare ioni nel loro materiale di destinazione, che viene chiamato "substrato" a fini scientifici. In una configurazione tipica, gli ioni vengono prodotti in un punto sorgente e quindi accelerati verso un magnete di separazione, che concentra e punta efficacemente gli ioni verso la loro destinazione. Gli ioni sono costituiti da atomi o molecole con un numero di elettroni che è più alto o più basso del solito, rendendoli più chimicamente attivi.
Al raggiungimento del substrato, questi ioni si scontrano con atomi e molecole prima di fermarsi. Tali collisioni possono coinvolgere il nucleo dell'atomo o un elettrone. Il danno causato da queste collisioni modifica le proprietà elettriche del substrato. In molti casi, l'impianto di ioni influisce sulla capacità del substrato di condurre l'elettricità.
Una tecnica chiamata doping è lo scopo principale per l'utilizzo di un impianto ionico. Questo è comunemente fatto nella produzione di circuiti integrati e, in effetti, circuiti moderni come quelli dei computer non potevano essere realizzati senza impianto di ioni. Il doping è sostanzialmente un altro nome per l'impianto di ioni che si applica specificamente alla produzione di circuiti.
Il doping richiede che gli ioni siano prodotti da un gas molto puro, che a volte può essere pericoloso. Per questo motivo, ci sono molti protocolli di sicurezza che regolano il processo di doping dei wafer di silicio. Le particelle di gas vengono accelerate e dirette verso il substrato di silicio in un separatore di massa automatizzato. L'automazione riduce i problemi di sicurezza e in questo modo è possibile drogare più circuiti al minuto.
L'impianto di ioni può essere utilizzato anche nella realizzazione di utensili in acciaio. Lo scopo di un impianto ionico in questo caso è quello di cambiare le proprietà superficiali dell'acciaio e renderlo più resistente alle crepe. Questo cambiamento è causato da una leggera compressione della superficie dovuta all'impianto. I cambiamenti chimici causati dall'impianto ionico possono anche proteggere dalla corrosione. Questa stessa tecnica viene utilizzata per progettare dispositivi protesici come articolazioni artificiali, dando loro proprietà simili.