Ionenimplantatie

Ionenimplantatie is een materiaalbewerkingsproces waarbij energetische ionen onder gecontroleerde omstandigheden in een vast substraat worden ingebracht om de samenstelling, structuur en eigenschappen ervan te wijzigen. Het wordt veel toegepast in de halfgeleiderindustrie om dopingsprofielen te creëren, maar ook voor oppervlaktebehandeling en materialenonderzoek.

Een ionenbron genereert ionen van een dopant (bijvoorbeeld boor, fosfor of arsenicum voor silicium). De ionen worden versneld tot energies van kilovolt tot enkele megaelectronvolt en vervolgens gericht gebundeld in een beam op het doelwit. De ionen dringen het materiaal in tot een doordringingsdiepte die afhangt van de implantatie-energie, de massa van de ionen, de samenstelling van het materiaal en de incidentiehoek. De implantatie veroorzaakt schade aan het kristalrooster; na implantatie volgt meestal een annealingstap (bijv. rapid thermal annealing) om de schade te herstellen en dopants te activeren. De dosering, uitgedrukt in ionen per oppervlakte-eenheid, bepaalt hoeveel dopantatomen aanwezig zijn; typische waarden lopen van 10^12 tot 10^17 cm^-2. Dieptecontrole wordt bereikt via de energie en hoek van de implantatie.

Toepassingen omvatten het vormen van dopingsprofielen in silicium voor transistoren (dunne en diepe junctions), het creëren van buried lagen en het modificeren van oppervlakken voor hardheid, slijtvastheid en corrosieweerstand. Voordelen zijn nauwkeurige controle over dopingsprofielen en diepte, en de mogelijkheid tot lage-temperatuurprocessing; nadelen zijn onder meer lattice damage, channeling, sputtering, benodigde vacuümomgevingen en hoge investeringskosten. Veiligheid en regelgeving vereisen stralingsbescherming en geschikte onderhouds- en veiligheidsprocedures.