WikiSort.ru - Не сортированное

Ио́нная импланта́ция — способ введения атомов примесей в поверхностный слой пластины или эпитаксиальной плёнки путём бомбардировки его поверхности пучком ионов c высокой энергией (10—2000 КэВ).

Широко используется при создании полупроводниковых приборов методом планарной технологии. В этом качестве применяется для образования в приповерхностном слое полупроводника областей с содержанием донорных или акцепторных примесей с целью создания p-n-переходов и гетеропереходов, а также низкоомных контактов.

Ионную имплантацию также применяют как метод легирования металлов для изменения их физических и химических свойств (повышения твёрдости, износостойкости, коррозионной стойкости и т. д.).

Ионная бомбардировка высокотемпературных сверхпроводников семейства ${\displaystyle RBa_{2}Cu_{3}O_{x}}$ используется для создания центров пиннинга (англ. Flux pinning) повышающих плотность критического тока.

Принцип работы

Основными блоками ионно-лучевой установки являются источник ионов (ion source), ионный ускоритель, магнитный сепаратор, система сканирования пучком ионов, и камера, в которой находится бомбардируемый образец (substrate).

Ионы имплантируемого материала разгоняются в электростатическом ускорителе и бомбардируют образец.

Ионы ускоряются до энергий 10-5000кэВ.

Проникновение ионов в глубину образца зависит от их энергии и составляет от нескольких нанометров, до нескольких микрометров.

Ионы с энергией 1-10 кэВ не вызывают изменений в структуре образца, тогда как более энергетичные потоки ионов могут значительно его разрушить.

Технология ионного имплантирования разрешает внедрить заданное количество практически любого химического элемента на заданную глубину, позволяя таким образом сплавлять металлы, которые в расплавленном состоянии не смешиваются, или легировать одно вещество другим в пропорциях, которые невозможно достичь даже при использовании высоких температур. Возможно создавать композиционные системы с уникальными структурами и свойствами, существенно отличными от свойств основной массы детали.

Введение имплантата в основную решётку материала возможно без «соблюдения» законов термодинамики, определяющих равновесные процессы, например, диффузию и растворимость.

Ионная имплантация приводит к значительному изменению свойств поверхности по глубине:

• слой с изменённым химическим составом до 1-9 мкм;
• слой с изменённой дислокационной структурой до 100 мкм.

Сталкиваясь с электронами и ядрами мишени, ионы легирующего вещества на некоторой глубине теряют энергию и останавливаются. Если известны тип и энергия ионов и свойства обрабатываемого материала, то глубина проникновения (или длина пробега) может быть вычислена. Для пучков с типичными энергиями от 10 до 500 кэВ величина пробега достигает одного мкм. Как уже указывалось, вследствие влияния большого числа факторов, эпюра распределения внедрённого вещества в поверхность близка по форме гауссовскому распределению. Внедрение ионов в кристаллическую решётку обрабатываемого материала приводит к появлению дефектов структуры. Выбитые из узлов решётки атомы вещества приводят к образованию вакансий и дефектов структуры в виде внедрённых межузельных атомов. Эти же дефекты возникают при застревании между узлами решётки ионов. Скопление таких дефектов образует дислокации и целые дислокационные скопления^[1].

Применение в электронной промышленности

Применение в металлургии

Ионы азота применяются для упрочнения поверхности стальных режущих инструментов (фрезы, свёрла и др). Имплантация этих ионов предотвращает образование трещин на поверхности металла и повышает коррозиционные и фрикционные свойства стали. Последние свойства важны в медицине при изготовления протезов, авиа- и космос-строении.

Часто прибегают к одновременной имплантации ионов различных атомов. Это важно когда необходимо создать адгезию между материалами, которые в природе плохо смешиваются.

В настоящее время технология ионной имплантации позволяют обрабатывать рабочие лопатки паровых турбин размером до 1700 мм^[1].

При этом увеличивается:

• предел усталости на 7-25 %;
• долговечность более чем в 20 раз;
• адгезионная прочность последующих покрытий;

При нанесении защитных покрытий на турбинные лопатки из жаропрочных сплавов достигается повышение:

• жаростойкости в 2,5 раза,
• коррозионной стойкости в 1,9 раза
• длительной прочности в 1,6 раза
• сопротивления усталости в 1,2 раза

Ионная имплантация используется как один из методов для придания верхнему слою металла аморфной структуры^[3].

Производители оборудования для ионной имплантации

• Advanced Ion Beam Technology
• Axcelis Technologies
• Complete Ions
• Facilitation Centre for Industrial Plasma Technologies
• Global Technologies, R&D equipment and Service
• Ion Beam Services
• Nissin Ion Equipment
• SemEquip
• SEN Corporation
• Tokyo Electron Limited
• Ulvac Technologies
• Varian Semiconductor Equipment

Примечания

См. также

• Ионный источник
• Нейтронно-трансмутационное легирование
• Фоторезист
• Фокусируемый ионный пучок
• Плазменно-иммерсионная ионная имплантация^[en]
• Ионно-лучевой анализ

Литература

• Ионная имплантация. / Х. Риссел, И. Руге. - М., Наука, 1983.
• Ионное легирование полупроводников (кремний и германий) / Мейер Дж., Эриксон Л., Дэвис Дж. - М., Мир, 1973. - 296с.
• Ионная имплантация / Ф. Ф. Комаров, А. П. Новиков, А. Ф. Буренков. - Минск, Унiверсiтэцкае, 1994. - 303 с.; ISBN 985-09-0036-9
• Аброян И.А., Андронов А.Н., Титов А.И. Физические основы электронной и ионной технологии. — М.: Высшая школа, 1984. — 320 с.
• Зорин Е.И., Павлов П.В., Тетельбаум Д.И. Ионное легирование полупроводников. — М.: Энергия, 1975. — 128 с.

• Пранявичюс Л., Дудонис Ю. Модификация свойств твёрдых тел ионными пучками. — Вильнюс: Мокслас, 1980. — 242 с.

• Габович М. Д. Физика и техника плазменных источников ионов. — М.: Атомиздат, 1972. — 304 с.

• Технология ионного легирования Под ред. С. Намбы: Перевод с японского - М.: Сов радио, 1974 - 160с.
• Валиев, К.А.; Раков, А.В. Физические основы субмикронной литографии в микроэлектронике. — М.: Наука, 1984. — 352 с.

• Попов В. Ф. Ионно-лучевые установки. — Л.: Энергоиздат, 1981. — 136 с.

• Броудай И.,Мерей Дж. Физические основы микротехнологии. — М.: Мир, 1985. — 496 с. — ISBN 200002876210.

• Попов В. Ф., Горин Ю. Н. Процессы и установки электронно-ионной технологии. — М.: Высш. шк., 1988. — 255 с. — ISBN 5-06-001480-0.

• Виноградов М.И., Маишев Ю.П. Вакуумные процессы и оборудование ионно - и электронно-лучевой технологии. — М.: Машиностроение, 1989. — 56 с. — ISBN 5-217-00726-5.

Ссылки

	Ионная имплантация на Викискладе

• Ионная имплантация — Словарь нанотехнологических терминов
• Ионная имплантация — федеральный интернет-портал «Нанотехнологии и наноматериалы»
• Ионная имплантация — лекция (проф. И. Н. Бекман, МГУ, 2006)
• Ионная имплантация — Физическая энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия. 1988.
• Ионная имплантация примесей в монокристаллы кремния: эффективность метода и радиационные нарушения — «Успехи физических наук» №3, 1995
• Ионное легирование полупроводников — Вестник РАН №8, 1972
• SEMI  (англ.) — сайт объединения производителей оборудования и материалов для полупроводниковых технологий
• Ion Implantation — подборка ссылок (англ.)
• James Ziegler’s code for simulating ion implantation  (англ.)