O que é um implante de íons?

A implantação de íons tem aplicações em vários setores diferentes, principalmente na fabricação de semicondutores. Um implante de íons é um íon de um elemento específico, colocado em seu material circundante com a finalidade de alterar as propriedades elétricas ou de superfície do material. Alguns elementos comuns que podem ser usados ​​na implantação de íons são fósforo, arsênico, boro e nitrogênio.

A ciência da implantação de íons é conhecida desde os anos 50, mas não era amplamente utilizada até os anos 70. Uma máquina chamada separador de massa é usada para implantar íons em seu material de destino, chamado de "substrato" para fins científicos. Em uma configuração típica, os íons são produzidos no ponto de origem e depois acelerados em direção a um ímã de separação, que efetivamente concentra e direciona os íons em direção ao seu destino. Os íons consistem em átomos ou moléculas com um número de elétrons maior ou menor que o normal, tornando-os mais quimicamente ativos.

Ao atingir o substrato, esses íons colidem com átomos e moléculas antes de parar. Tais colisões podem envolver o núcleo do átomo ou elétron. O dano causado por essas colisões altera as propriedades elétricas do substrato. Em muitos casos, o implante de íons afeta a capacidade do substrato de conduzir eletricidade.

Uma técnica chamada doping é o objetivo principal do uso de um implante de íons. Isso é comumente feito na produção de circuitos integrados e, de fato, circuitos modernos como os de computadores não poderiam ser feitos sem a implantação de íons. Doping é basicamente outro nome para implantação de íons que se aplica especificamente à fabricação de circuitos.

O doping exige que os íons sejam produzidos a partir de um gás muito puro, que às vezes pode ser perigoso. Por esse motivo, existem muitos protocolos de segurança que governam o processo de dopagem de pastilhas de silício. Partículas do gás são aceleradas e direcionadas para o substrato de silício em um separador de massa automatizado. A automação reduz os problemas de segurança e vários circuitos por minuto podem ser dopados dessa maneira.

A implantação de íons também pode ser usada na fabricação de ferramentas de aço. O objetivo de um implante de íons nesse caso é alterar as propriedades da superfície do aço e torná-lo mais resistente a rachaduras. Essa alteração é causada por uma leve compressão da superfície devido à implantação. A mudança química provocada pelo implante de íons também pode proteger contra a corrosão. Essa mesma técnica é usada para projetar dispositivos protéticos, como juntas artificiais, proporcionando propriedades semelhantes.