Una panoramica sull'impianto di ioni

Introduzione

L'impiantazione ionica è un processo a bassa temperatura mediante il quale gli ioni di un elemento vengono accelerati in un bersaglio solido, modificandone le proprietà fisiche, chimiche o elettriche. I componenti dell'impianto ionico sono spesso realizzati in lega TZM, molibdeno e tungsteno, perché questi materiali sono in grado di funzionare bene in ambienti difficili.

L'impianto ionico è un'alta tecnologia di modifica della superficie dei materiali in forte espansione e ampiamente utilizzata nel mondo da quasi 30 anni. Grazie ai suoi vantaggi unici ed eccezionali, l'alta tecnologia ha un'applicazione estremamente diffusa nei materiali semiconduttori drogati, nella modifica della superficie di metalli, ceramiche, polimeri, ecc, ottenendo enormi vantaggi economici e sociali.

Nell'industria elettronica, l'impiantazione ionica è diventata una delle tecniche di drogaggio più importanti nell'artigianato microelettronico; inoltre, è un mezzo importante per controllare la tensione di soglia dei MOSFET. Si può quindi affermare che l'impianto ionico è un mezzo indispensabile per la produzione di circuiti integrati su larga scala.

Il metodo dell'impianto ionico

Il metodo di impianto ionico prevede l'accelerazione nel vuoto e a bassa temperatura, in modo che gli ioni di impurità con energia cinetica possano entrare direttamente nel semiconduttore; allo stesso tempo, può anche produrre alcuni difetti reticolari nel semiconduttore, che devono essere eliminati con una ricottura a bassa temperatura o con una ricottura laser dopo l'iniezione degli ioni. La concentrazione di impurità dell'impiantazione ionica si distribuisce generalmente come una distribuzione gaussiana e la concentrazione più alta non si trova sulla superficie ma entro una certa profondità.

I vantaggi dell'impianto ionico

I vantaggi dell'impianto ionico sono che può controllare con precisione la dose totale di impurità, la distribuzione della profondità e l'uniformità della superficie; inoltre, il processo a bassa temperatura può evitare le impurità originali e la diffusione, ecc. Allo stesso tempo, può realizzare l'obiettivo di sviluppare la tecnologia di allineamento per ridurre l'effetto capacitivo.

Principio generale

Qual è il principio generale dell'impianto ionico? L'apparecchiatura per l'impianto ionico è tipicamente costituita da una sorgente di ioni, in cui vengono prodotti ioni dell'elemento desiderato, da un acceleratore, in cui gli ioni vengono accelerati elettrostaticamente ad alta energia, e da una camera di destinazione, in cui gli ioni impattano su un bersaglio, che è il materiale da impiantare. L'impianto ionico è quindi un caso particolare di radiazione di particelle. Ogni ione è tipicamente un singolo atomo o molecola e quindi la quantità effettiva di materiale impiantato nel bersaglio è l'integrale nel tempo della corrente ionica. Questa quantità è chiamata dose. Le correnti fornite dagli impianti sono tipicamente piccole (micro-ampere) e quindi la dose che può essere impiantata in un tempo ragionevole è piccola. Pertanto, l'impianto ionico trova applicazione nei casi in cui la quantità di cambiamento chimico richiesto è piccola.

L'energia degli ioni, così come le specie ioniche e la composizione del bersaglio, determinano la profondità di penetrazione degli ioni nel solido: un fascio ionico monoenergetico avrà generalmente un'ampia distribuzione di profondità. La profondità media di penetrazione è chiamata intervallo degli ioni. In circostanze tipiche, gli intervalli degli ioni sono compresi tra 10 nanometri e 1 micrometro. Pertanto, l'impiantazione ionica è particolarmente utile nei casi in cui la modifica chimica o strutturale è desiderata in prossimità della superficie del bersaglio. Gli ioni perdono gradualmente la loro energia mentre attraversano il solido, sia a causa di collisioni occasionali con gli atomi del bersaglio (che causano bruschi trasferimenti di energia), sia a causa di un leggero trascinamento dovuto alla sovrapposizione degli orbitali degli elettroni, che è un processo continuo. La perdita di energia dello ione nel bersaglio è chiamata arresto e può essere simulata con il metodo dell'approssimazione di collisione binaria.

Applicazioni industriali

La tecnologia dell'impiantazione ionica è stata applicata in molti campi della produzione industriale, tra cui l'industria dei materiali metallici e dei semiconduttori.

* Modifica del materiale metallico

L'impiantazione ionica applicata alla modifica dei materiali metallici consiste nell'iniettare ioni di una certa quantità ed energia sulla superficie dei materiali metallici sottoposti a trattamento termico o a un processo di rivestimento superficiale per modificare la composizione chimica, la struttura fisica e lo stato di fase della superficie del materiale; in questo modo è possibile modificare le proprietà meccaniche, chimiche e fisiche dei materiali. In particolare, l'impiantazione ionica può modificare le proprietà acustiche, ottiche e superconduttive dei materiali e migliorare la durezza di lavoro, la resistenza all'usura, la resistenza alla corrosione e all'ossidazione dei materiali. Attualmente, è stato applicato alla distribuzione delle pompe idrauliche ad aria, all'accoppiamento di precisione dei motori a combustione interna, alle parti dei motori automobilistici, agli utensili da taglio in lega dura e alle parti antiusura di precisione di grandi dimensioni.

* Prolungare la vita utile dello stampo

Come nuovo processo di rafforzamento della superficie, l'impiantazione ionica è stata applicata a diversi materiali e ha raggiunto molti risultati. A causa delle diverse condizioni di lavoro, nello stampo dello stesso materiale sono comparse molte forme di guasto, e i vantaggi del processo di impiantazione ionica possono compensare questi difetti. Se il progettista utilizza diversi dispositivi impiantati a ioni per iniettare nello stampo elementi diversi in modo selettivo a seconda delle diverse forme di guasto, l'obiettivo di prolungare la durata dello stampo può essere raggiunto in modo conveniente.

* Industria dei semiconduttori

Con lo sviluppo delle apparecchiature di impiantazione ionica, la tecnologia di impiantazione ionica si è sviluppata rapidamente nell'industria dei circuiti integrati. Grazie alla buona controllabilità e ripetibilità della tecnologia di impiantazione ionica, il progettista può progettare la distribuzione ideale delle impurità in base ai requisiti dei parametri del circuito o del dispositivo.

La fabbricazione di un dispositivo semiconduttore completo in un moderno processo di produzione di semiconduttori comporta solitamente molte fasi (15 ~ 25 fasi) di impianto ionico. I principali parametri di processo dell'impianto ionico sono il tipo di impurità, l'energia di iniezione e il dosaggio di drogaggio. I tipi di impurità possono essere suddivisi in n-type e p-type. L'energia di iniezione determina la profondità degli atomi di impurità iniettati nel silicio: l'alta energia viene iniettata in profondità, mentre la bassa energia viene iniettata leggermente. Il drogaggio si riferisce alla concentrazione di atomi di impurità, che determina la conduttività dello strato di drogaggio. Con il progresso della tecnologia dei semiconduttori, il processo di giunzione ultrabreve diventa fondamentale, soprattutto per la realizzazione di dispositivi a semiconduttore di dimensioni inferiori a 65 nm. Il processo di impiantazione ionica, con la sua precisa profondità di iniezione, la controllabilità della concentrazione e la ripetibilità stabile, dimostra ancora una volta la sua importanza nella produzione di dispositivi semiconduttori avanzati.

Stanford Advanced Materials (SAM) fornisce componenti personalizzati per l'impianto ionico di alta qualità e a prezzi competitivi, tra cui componenti per l'impianto ionico (tungsteno), componenti per l'impianto ionico (molibdeno), componenti per l'impianto ionico (lega TZM), ecc.