Co to jest implant jonowy?

Implantacja jonów ma zastosowanie w kilku różnych branżach, w szczególności w produkcji półprzewodników. Implant jonowy to jon określonego pierwiastka, umieszczony w otaczającym go materiale w celu zmiany właściwości elektrycznych lub powierzchniowych materiału. Niektóre typowe pierwiastki, które można zastosować w implantacji jonów, to fosfor, arsen, bor i azot.

Nauka implantacji jonów jest znana od lat 50. XX wieku, ale dopiero w latach 70. była szeroko stosowana. Maszyna zwana separatorem masy służy do implantacji jonów w materiale docelowym, który dla celów naukowych nazywany jest „substratem”. W typowym układzie jony są wytwarzane w punkcie źródłowym, a następnie przyspieszane w kierunku magnesu separacyjnego, który skutecznie koncentruje i kieruje jony w kierunku ich miejsca docelowego. Jony składają się z atomów lub cząsteczek z liczbą elektronów, która jest wyższa lub niższa niż zwykle, co czyni je bardziej chemicznie aktywnymi.

Po dotarciu do substratu jony te zderzają się z atomami i cząsteczkami przed zatrzymaniem. Takie zderzenia mogą obejmować jądro atomu lub elektronu. Uszkodzenia spowodowane przez te zderzenia zmieniają właściwości elektryczne podłoża. W wielu przypadkach implant jonowy wpływa na zdolność podłoża do przewodzenia elektryczności.

Technika nazywana dopingiem jest podstawowym celem stosowania implantu jonowego. Zwykle odbywa się to w produkcji układów scalonych, a nowoczesne układy, takie jak te w komputerach, nie mogłyby być wykonane bez implantacji jonów. Doping jest w zasadzie inną nazwą implantacji jonów, która dotyczy konkretnie produkcji obwodów.

Domieszkowanie wymaga, aby jony były wytwarzane z bardzo czystego gazu, który czasami może być niebezpieczny. Z tego powodu istnieje wiele protokołów bezpieczeństwa rządzących procesem domieszkowania płytek krzemowych. Cząsteczki gazu są przyspieszane i kierowane w kierunku krzemowego podłoża w zautomatyzowanym separatorze masy. Automatyzacja zmniejsza problemy z bezpieczeństwem i w ten sposób można domieszkować kilka obwodów na minutę.

Implantacja jonów może być również stosowana w produkcji narzędzi stalowych. Celem implantu jonowego w tym przypadku jest zmiana właściwości powierzchni stali i zwiększenie jej odporności na pęknięcia. Ta zmiana jest spowodowana niewielkim ściśnięciem powierzchni w wyniku implantacji. Zmiana chemiczna spowodowana przez implant jonowy może również chronić przed korozją. Tę samą technikę stosuje się do konstruowania urządzeń protetycznych, takich jak sztuczne stawy, nadając im podobne właściwości.