Visión general de la implantación de iones
Introducción
La implantación de iones es un proceso a baja temperatura mediante el cual se aceleran iones de un elemento en un objetivo sólido, cambiando así las propiedades físicas, químicas o eléctricas del objetivo. Los componentes de la implantación de iones suelen estar fabricados con aleaciones de TZM, molibdeno y wolframio, ya que estos materiales pueden funcionar bien en entornos hostiles.
La implantación de iones es una alta tecnología de modificación de superficies de materiales en auge y ampliamente utilizada en el mundo desde hace casi 30 años. Debido a sus ventajas únicas y sobresalientes, la alta tecnología tiene una aplicación extremadamente extendida en el material semiconductor dopado, la modificación superficial de metal, cerámica, polímeros, etc, que obtuvo el enorme beneficio económico y social.
En la industria electrónica, la implantación iónica se ha convertido en una de las técnicas de dopaje más importantes en la microelectrónica artesanal; además, es un medio importante para controlar el voltaje umbral del MOSFET. Por lo tanto, puede decirse que la implantación de iones es un tipo de medio indispensable en la fabricación del circuito integrado a gran escala en la contemporaneidad.
El método de implantación de iones
El método de implantación de iones se acelera en vacío y a baja temperatura, por lo que los iones de impurezas con energía cinética pueden entrar directamente en el semiconductor; al mismo tiempo, también puede producir algunos defectos de red en el semiconductor, estos defectos deben eliminarse con recocido a baja temperatura o recocido láser después de la inyección de iones. La concentración de impurezas de la implantación iónica se distribuye generalmente como una distribución gaussiana, y la mayor concentración no se encuentra en la superficie, sino a cierta profundidad.
Ventajas de la implantación iónica
Las ventajas de la implantación de iones son que puede controlar la dosis total de impurezas, la distribución de la profundidad y la uniformidad de la superficie con precisión, además, el proceso de baja temperatura del cual puede evitar las impurezas originales y la difusión, etc. Al mismo tiempo, puede hacer realidad el objetivo de desarrollar la tecnología de alineación para reducir el efecto de capacitancia.
Principio general
¿Cuál es el principio general de la implantación de iones? Los equipos de implantación de iones suelen constar de una fuente de iones, en la que se producen iones del elemento deseado, un acelerador, en el que los iones se aceleran electrostáticamente hasta alcanzar una alta energía, y una cámara objetivo, en la que los iones inciden en un objetivo, que es el material que se va a implantar. Así pues, la implantación iónica es un caso especial de radiación de partículas. Cada ion suele ser un átomo o molécula, por lo que la cantidad real de material implantado en la diana es la integral en el tiempo de la corriente de iones. Esta cantidad se denomina dosis. Las corrientes suministradas por los implantes suelen ser pequeñas (microamperios), por lo que la dosis que puede implantarse en un tiempo razonable es pequeña. Por lo tanto, la implantación iónica encuentra aplicación en casos en los que la cantidad de cambio químico requerido es pequeña.
La energía de los iones, así como las especies de iones y la composición del blanco, determinan la profundidad de penetración de los iones en el sólido: Un haz de iones monoenergético tendrá generalmente una amplia distribución de profundidad. La profundidad de penetración media se denomina rango de los iones. En circunstancias típicas, los rangos de los iones estarán comprendidos entre 10 nanómetros y 1 micrómetro. Por tanto, la implantación iónica es especialmente útil en los casos en los que se desea que el cambio químico o estructural se produzca cerca de la superficie del objetivo. Los iones pierden gradualmente su energía a medida que viajan a través del sólido, tanto por colisiones ocasionales con los átomos del blanco (que provocan transferencias bruscas de energía) como por un leve arrastre debido al solapamiento de los orbitales de los electrones, que es un proceso continuo. La pérdida de energía de los iones en el blanco se denomina detención y puede simularse con el método de aproximación de colisiones binarias.
Aplicaciones industriales
La tecnología de implantación de iones se ha aplicado en muchos campos de la producción industrial, entre los que destacan la industria de materiales metálicos y la industria de semiconductores.
* Modificación de material metálico
La implantación de iones aplicada a la modificación de materiales metálicos consiste en inyectar los iones de cierta cantidad y energía en la superficie de los materiales metálicos que se tratan mediante tratamiento térmico o proceso de recubrimiento superficial para cambiar la composición química, la estructura física y el estado de fase de la superficie del material, con lo que se pueden modificar las propiedades mecánicas, químicas y físicas de los materiales. Concretamente, la implantación de iones puede cambiar las propiedades acústicas, ópticas y superconductoras de los materiales, y mejorar la dureza de trabajo, la resistencia al desgaste, la resistencia a la corrosión y la resistencia a la oxidación de los materiales. En la actualidad, se ha aplicado a la distribución de bombas neumáticas hidráulicas, acoplamientos de precisión de motores de combustión interna, piezas de motores de automóviles, herramientas de corte de aleaciones duras y piezas de precisión de gran tamaño resistentes al desgaste.
* Prolongar la vida útil de la matriz
Como nuevo proceso de refuerzo de superficies, la implantación iónica se ha aplicado en diferentes materiales y ha conseguido muchos logros. Debido a las diferentes condiciones de trabajo, han aparecido muchas formas de fallo en el molde del mismo material, y las ventajas del proceso de implantación de iones pueden compensar estos defectos. Siempre y cuando el diseñador utilice diferentes dispositivos de implantación de iones para inyectar diferentes elementos en el molde de forma selectiva según las diferentes formas de fallo, el objetivo de ampliar la vida útil del molde se puede lograr convenientemente.
* Industria de semiconductores
Con el desarrollo de equipos de implantación de iones, la tecnología de implantación de iones se ha desarrollado rápidamente en la industria de circuitos integrados. Debido a la buena controlabilidad y repetibilidad de la tecnología de implantación de iones, el diseñador puede diseñar la distribución ideal de impurezas según los requisitos de los parámetros del circuito o dispositivo.
La fabricación de un dispositivo semiconductor completo en un proceso moderno de fabricación de semiconductores suele implicar muchos pasos (15 ~ 25 pasos) de implantación de iones. Los principales parámetros del proceso de implantación de iones son el tipo de impureza, la energía de inyección y la dosis de dopaje. Los tipos de impurezas pueden dividirse en tipo n y tipo p. La inyección de energía determina la profundidad de los átomos de impureza inyectados en el silicio, la energía alta se inyecta profundamente y la energía baja se inyecta ligeramente. El dopaje se refiere a la concentración de átomos de impurezas, que determina la conductividad de la capa de dopaje. Con el progreso de la tecnología de semiconductores, el proceso de unión ultra superficial se convierte en la clave, especialmente cuando se fabrican dispositivos semiconductores de menos de 65nm. El proceso de implantación iónica, con su profundidad de inyección precisa y la posibilidad de controlar la concentración, así como la repetibilidad estable, vuelve a demostrar su importancia en la fabricación de dispositivos semiconductores avanzados.
Stanford Advanced Materials (SAM) ofrece componentes de implantación de iones personalizados de alta calidad y precio competitivo, que incluyen componentes de implantación de iones ( tungsteno), componentes de implantación de iones (molibdeno), componentes de implantación de iones (aleación TZM), etc.
