Ionimplantatie

Ionimplantatie is een techniek waarbij geioniseerde atomen onder hoge snelheid in een vast substraat worden ingebracht met als doel de chemische samenstelling en de eigenschappen van het materiaal te wijzigen. De methode wordt vooral ingezet voor dopering in de halfgeleiderindustrie (bijvoorbeeld silicium), maar ook voor oppervlakte‑behandelingen van metalen en keramiek en voor specifieke optische toepassingen.

Tijdens de implantatie worden ionen gegenereerd in een ionbron, vervolgens geëxcelleerd tot energieniveaus van keV tot MeV en gericht op het substraat onder vacuüm. Het aangebrachte dopingsprofiel heeft meestal een beperkte diepte en volgt een spreidingsvorm met een karakteristieke breedte; het bereik hangt af van ionsoort, energie en het materiaal. Gelijktijdig ontstaan lattice‑defecten en soms (afhankelijk van dosis) amorfisatie. Kanaalering kan ertoe leiden dat sommige ionen dieper doordringen dan verwacht.

Na de implantatie volgt doorgaans een annealing-stap waarbij het kristal herstelt en de dopants op lattice‑plaatsen worden geactiveerd. Zonder activatie blijven veel dopants passief en blijven defecten aanwezig. De combinatie van implantatie en annealing geeft dopingsprofielen met nauwkeurige dosering en positionering.

Bij de praktijk horen apparatuur zoals een ionenbron, massa‑/zwaardeselectie, versneller, beamline en een vacuüm­systeem, plus een substraathouder en temperatuurregeling. Belangrijke parameters zijn dosis (aantal ionen per cm2), energie en substrate-temperatuur. Toepassingen omvatten siliciumdoping voor PN‑juncties, doping van andere halfgeleiders (bijv. GaAs, SiC), en oppervlaktebehandeling of modificatie van eigenschappen in metalen en keramiek.

Voordelen zijn onder meer precieze dosering en diepe, uniforme dopingsprofielen, terwijl nadelen bestaan uit schade aan het kristal en de noodzaak van annealing, samen met hoge kosten en stralingsveiligheidsvereisten.