Ионная имплантация: определение и применение в полупроводниках и металлах

Ионная имплантация применяется в нескольких отраслях, главное — полупроводники. Ионный имплант — ион конкретного элемента, вводимый в окружающий материал для изменения его электрических или поверхностных свойств. Типичные элементы: фосфор, мышьяк, бор, азот.

Физика процесса

Известна с 1950-х, широкое применение с 1970-х. Машина «масс-сепаратор» (mass separator) имплантирует ионы в подложку (substrate). Ионы генерируют в источнике, ускоряют к разделяющему магниту, который фокусирует и направляет пучок. Ионы — атомы/молекулы с аномальным числом электронов (выше/ниже нормы) — химически более активны.

Взаимодействие с подложкой

Достигая подложки, ионы сталкиваются с атомами/молекулами до остановки. Столкновения с ядрами или электронами повреждают кристаллическую решетку, меняя электрические свойства. Часто имплант меняет проводимость подложки.

Легирование (doping) — главное применение

Doping = ионная имплантация для схемотехники. Современные ИС (в т.ч. компьютерные) невозможны без ионной имплантации. Ионы из сверхчистого газа (иногда опасного) ускоряют и направляют автоматическим масс-сепаратором на кремниевую подложку. Автоматизация снижает риски, несколько схем в минуту легируются.

Применение в стали и имплантах

Ионная имплантация в стальные инструменты меняет поверхностные свойства: легкое сжатие поверхности имплантацией повышает трещиностойкость. Химическое изменение защищает от коррозии. Та же техника для протезов (искусственные суставы) — придает им аналогичные свойства.