Implantación de iones
La implantación de iones es un proceso a baja temperatura mediante el cual los iones de un elemento se aceleran a un objetivo sólido, cambiando así las propiedades físicas, químicas o eléctricas del objetivo. La implantación de iones se utiliza en la fabricación de dispositivos semiconductores y en el acabado de metales, así como en la investigación de la ciencia de los materiales . Los iones pueden alterar la composición elemental del objetivo (si los iones difieren en composición del objetivo) si se detienen y permanecen en el objetivo. La implantación de iones también causa cambios químicos y físicos cuando los iones inciden en el objetivo a alta energía. La estructura cristalina del objetivo puede resultar dañada o incluso destruida por las enérgicas cascadas de colisión., y los iones de energía suficientemente alta (10s de MeV) pueden causar transmutación nuclear .
El equipo de implantación de iones generalmente consta de una fuente de iones , donde se producen iones del elemento deseado, un acelerador , donde los iones se aceleran electrostáticamente a una energía alta, y una cámara objetivo, donde los iones inciden en un objetivo, que es el material. para ser implantado. Por tanto, la implantación de iones es un caso especial de radiación de partículas.. Cada ion es típicamente un solo átomo o molécula y, por lo tanto, la cantidad real de material implantado en el objetivo es la integral en el tiempo de la corriente de iones. Esta cantidad se llama dosis. Las corrientes suministradas por los implantes son típicamente pequeñas (microamperios) y, por tanto, la dosis que puede implantarse en un período de tiempo razonable es pequeña. Por lo tanto, la implantación de iones encuentra aplicación en casos donde la cantidad de cambio químico requerido es pequeña.
Las energías iónicas típicas están en el rango de 10 a 500 keV (1,600 a 80,000 aJ). Se pueden usar energías en el rango de 1 a 10 keV (160 a 1600 aJ), pero dan como resultado una penetración de solo unos pocos nanómetros o menos. Las energías más bajas que esto dan como resultado muy poco daño al objetivo y caen bajo la designación de deposición de haz de iones . También se pueden utilizar energías más altas: son habituales los aceleradores capaces de 5 MeV (800 000 aJ). Sin embargo, a menudo hay un gran daño estructural en el objetivo y, debido a que la distribución de profundidad es amplia ( pico de Bragg ), el cambio de composición neta en cualquier punto del objetivo será pequeño.
La energía de los iones, así como las especies de iones y la composición del objetivo, determinan la profundidad de penetración de los iones en el sólido: un haz de iones monoenergéticos generalmente tendrá una distribución de profundidad amplia. La profundidad de penetración promedio se llama rango de iones. En circunstancias típicas, los rangos de iones estarán entre 10 nanómetros y 1 micrómetro. Por tanto, la implantación de iones es especialmente útil en los casos en los que se desea que el cambio químico o estructural esté 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 objetivo (que causan transferencias de energía abruptas) como por un arrastre leve debido a la superposición de los orbitales de los electrones, que es un proceso continuo. La pérdida de energía iónica en el objetivo se llama detenery se puede simular con el método de aproximación de colisión binaria .
Los sistemas aceleradores para la implantación de iones se clasifican generalmente en corriente media (corrientes de haz de iones entre 10 μA y ~ 2 mA), alta corriente (corrientes de haz de iones de hasta ~ 30 mA), alta energía (energías de iones por encima de 200 keV y hasta 10 MeV ), y dosis muy alta (implante eficaz de dosis superior a 10 16 iones / cm 2 ). [1]
