Vad är en jonimplantat?

Ionimplantation har applikationer i flera olika branscher, särskilt när det gäller tillverkning av halvledare. Ett jonimplantat är en jon av ett visst element placerat i dess omgivande material för att ändra materialets elektriska eller ytegenskaper. Några vanliga element som kan användas vid jonimplantation är fosfor, arsen, bor och kväve.

Jonimplantationens vetenskap har varit känd sedan 1950-talet, men användes inte förrän på 1970-talet. En maskin som kallas en massavskiljare används för att implantera joner i deras destinationsmaterial, som kallas "underlaget" för vetenskapliga ändamål. I en typisk installation produceras joner vid en källpunkt och accelereras sedan mot en separationsmagnet, som effektivt koncentrerar och riktar jonerna mot sin destination. Jonerna består av atomer eller molekyler med ett antal elektroner som är högre eller lägre än vanligt, vilket gör dem mer kemiskt aktiva.

När de når substratet kolliderar dessa joner med atomer och molekyler innan de stoppar. Sådana kollisioner kan involvera atomens kärna eller en elektron. Skadorna orsakade av dessa kollisioner förändrar underlagets elektriska egenskaper. I många fall påverkar jonimplantatet substratets förmåga att leda elektricitet.

En teknik som kallas doping är det primära syftet med att använda ett jonimplantat. Detta görs vanligtvis vid produktion av integrerade kretsar, och moderna kretsar som i datorer kunde faktiskt inte göras utan jonimplantation. Doping är i princip ett annat namn för jonimplantation som specifikt gäller för kretstillverkning.

Doping kräver att jonerna produceras från en mycket ren gas, som ibland kan vara farlig. På grund av detta finns det många säkerhetsprotokoll som styr processen för dopning av kiselskivor. Partiklar av gasen accelereras och styrs mot kiselsubstratet i en automatiserad massavskiljare. Automation minskar säkerhetsproblemen och flera kretsar per minut kan dopas på detta sätt.

Jonimplantation kan också användas för tillverkning av stålverktyg. Syftet med ett jonimplantat i detta fall är att ändra stålets ytegenskaper och göra det mer motståndskraftigt mot sprickor. Denna förändring orsakas av en svag komprimering av ytan på grund av implantation. Den kemiska förändringen som förorsakas av jonimplantatet kan också skydda mot korrosion. Samma teknik används för att konstruera protesanordningar såsom konstgjorda leder, vilket ger dem liknande egenskaper.