離子注入技術(shù)簡介

離子注入技術(shù)介紹：把摻雜劑的原子引入固體中的一種材料改性方法。簡單地說，離子注入的過程，就是在真空系統(tǒng)中，用經(jīng)過加速的，要摻雜的原子的離子照射（注入）固體材料，從而在所選擇的（即被注入的）區(qū)域形成一個具有特殊性質(zhì)的表面層（注入層）。

離子注入的基本特點:
①純凈摻雜,離子注入是在真空系統(tǒng)中進行的,同時使用高分辨率的質(zhì)量分析器,保證摻雜離子具有極高的純度。
②摻雜離子濃度不受平衡固溶度的限制。原則上各種元素均可成為摻雜元素，并可以達到常規(guī)方法所無法達到的摻雜濃度。對于那些常規(guī)方法不能摻雜的元素,離子注入技術(shù)也并不難實現(xiàn)
③注入離子的濃度和深度分布精確可控。注入的離子數(shù)決定于積累的束流，深度分布則由加速電壓控制，這兩個參量可以由外界系統(tǒng)精確測量、嚴(yán)格控制。
④注入離子時襯底溫度可自由選擇。根據(jù)需要既可以在高溫下?lián)诫s，也可以在室溫或低溫條件下?lián)诫s。這在實際應(yīng)用中是很有價值的。
⑤大面積均勻注入。離子注入系統(tǒng)中的束流掃描裝置可以保證在很大的面積上具有很高的摻雜均勻性。
⑥離子注入摻雜深度小。一般在 1um以內(nèi)。例如對于100keV離子的平均射程的典型值約為0.1um。

離子注入技術(shù)的發(fā)展
離子注入首先是作為一種半導(dǎo)體材料的摻雜技術(shù)發(fā)展起來的，它所取得的成功是其優(yōu)越性的最好例證。低溫摻雜、精確的劑量控制、掩蔽容易、均勻性好這些優(yōu)點，使得經(jīng)離子注入摻雜所制成的幾十種半導(dǎo)體器件和集成電路具有速度快、功耗低、穩(wěn)定性好、成品率高等特點。對于大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路來說，離子注入更是一種理想的摻雜工藝。如前所述，離子注入層是極薄的，同時，離子束的直進性保證注入的離子幾乎是垂直地向內(nèi)摻雜，橫向擴散極其微小，這樣就有可能使電路的線條更加纖細，線條間距進一步縮短，從而大大提高集成度。此外,離子注入技術(shù)的高精度和高均勻性,可以大幅度提高集成電路的成品率。隨著工藝上和理論上的日益完善，離子注入已經(jīng)成為半導(dǎo)體器件和集成電路生產(chǎn)的關(guān)鍵工藝之一。在制造半導(dǎo)體器件和集成電路的生產(chǎn)線上，已經(jīng)廣泛地配備了離子注入機。 　　

70年代以后，離子注入在金屬表面改性方面的應(yīng)用迅速發(fā)展。在耐磨性的研究方面已取得顯著成績，并得到初步的應(yīng)用，在耐腐蝕性(包括高溫氧化和水腐蝕)的研究方面也已取得重要的進展。 　　

注入金屬表面的摻雜原子本身和在注入過程中產(chǎn)生的點陣缺陷，都對位錯的運動起“釘扎”作用，從而使金屬表面得到強化，提高了表面硬度。其次，適當(dāng)選擇摻雜元素，可以使注入層本身起著一種固體潤滑劑的作用,使摩擦系數(shù)顯著降低。例如用錫離子注入En352軸承鋼，可以使摩擦系數(shù)減小一半。尤其重要的是，盡管注入層極薄，但是有效的耐磨損深度卻要比注入層深度大一個數(shù)量級以上。實驗結(jié)果業(yè)已證明，摻雜原子在磨損過程中不斷向基體內(nèi)部推移,相當(dāng)于注入層逐步內(nèi)移,因此可以相當(dāng)持久地保持注入層的耐磨性。

離子注入技術(shù)的性能

離子注入后形成的表面合金，其耐腐蝕性相當(dāng)于相應(yīng)合金的性能，更重要的是，離子注入還可以獲得特殊的耐蝕性非晶態(tài)或亞穩(wěn)態(tài)表面合金，而且離子注入和離子束分析技術(shù)相結(jié)合，作為一種重要的研究手段，有助于表面合金化及其機制的研究。
離子注入作為金屬材料改性的技術(shù)，還有一個重要的優(yōu)點，即注入雜質(zhì)的深度分布接近于高斯分布，注入層和基體之間沒有明顯的界限，結(jié)合是極其緊密的。又因為注入層極薄，可以使被處理的樣品或工件的基體的物理化學(xué)性能保持不變,外形尺寸不發(fā)生宏觀的變化,適宜于作為一種最后的表面處理工藝。
離子注入由于化學(xué)上純凈、工藝上精確可控，因此作為一種獨特的研究手段，還被廣泛應(yīng)用于改變光學(xué)材料的折射率、提高超導(dǎo)材料的臨界溫度，表面催化、改變磁性材料的磁化強度和提高磁泡的運動速度和模擬中子輻照損傷等等領(lǐng)域。