Wat is een ionenimplantaat?
Ionenimplantatie heeft toepassingen in verschillende industrieën, met name bij het maken van halfgeleiders. Een ionenimplantaat is een ion van een bepaald element, geplaatst in het omringende materiaal met het doel de elektrische of oppervlakte-eigenschappen van het materiaal te veranderen. Enkele veel voorkomende elementen die kunnen worden gebruikt bij ionenimplantatie zijn fosfor, arseen, boor en stikstof.
De wetenschap van ionenimplantatie is bekend sinds de jaren 1950, maar werd pas in de jaren 1970 op grote schaal gebruikt. Een machine die een massascheider wordt genoemd, wordt gebruikt om ionen in hun bestemmingsmateriaal te implanteren, dat voor wetenschappelijke doeleinden het "substraat" wordt genoemd. In een typische opstelling worden ionen geproduceerd op een bronpunt en vervolgens versneld naar een scheidingsmagneet, die de ionen effectief concentreert en op hun bestemming richt. De ionen bestaan uit atomen of moleculen met een aantal elektronen dat hoger of lager is dan normaal, waardoor ze meer chemisch actief zijn.
Bij het bereiken van het substraat botsen deze ionen met atomen en moleculen voordat ze tot stilstand komen. Dergelijke botsingen kunnen betrekking hebben op de kern van het atoom of een elektron. De schade veroorzaakt door deze botsingen verandert de elektrische eigenschappen van het substraat. In veel gevallen beïnvloedt het ionenimplantaat het vermogen van het substraat om elektriciteit te geleiden.
Een techniek die doping wordt genoemd, is het primaire doel van het gebruik van een ionenimplantaat. Dit wordt meestal gedaan bij de productie van geïntegreerde schakelingen, en inderdaad, moderne schakelingen zoals die in computers konden niet worden gemaakt zonder ionenimplantatie. Doping is eigenlijk een andere naam voor ionenimplantatie die specifiek van toepassing is op circuitfabricage.
Doping vereist dat de ionen worden geproduceerd uit een zeer zuiver gas, dat soms gevaarlijk kan zijn. Hierdoor zijn er veel veiligheidsprotocollen die het proces van het doteren van siliciumwafels regelen. Deeltjes van het gas worden versneld en naar het siliciumsubstraat gestuurd in een geautomatiseerde massascheider. Automatisering vermindert veiligheidsproblemen en op deze manier kunnen meerdere circuits per minuut worden gedoteerd.
Ionenimplantatie kan ook worden gebruikt bij het maken van stalen gereedschappen. Het doel van een ionenimplantaat is in dit geval de oppervlakte-eigenschappen van het staal te veranderen en het beter bestand te maken tegen scheuren. Deze verandering wordt veroorzaakt door een lichte compressie van het oppervlak als gevolg van implantatie. De chemische verandering die door het ionenimplantaat wordt veroorzaakt, kan ook beschermen tegen corrosie. Deze zelfde techniek wordt gebruikt om prothetische apparaten zoals kunstmatige gewrichten te construeren, waardoor ze vergelijkbare eigenschappen krijgen.