解讀離子注入技術

　　簡單地說，離子注入的過程，就是在真空系統中，用經過加速的，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）區域形成一個具有特殊性質的表面層（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中進行的,同時使用高分辨率的質量分析器,保證摻雜離子具有*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，并可以達到常規方法所無法達到的摻雜濃度。對于那些常規方法不能摻雜的元素,離子注入技術也并不難實現
　　
　　③注入離子的濃度和深度分布可控。注入的離子數決定于積累的束流，深度分布則由加速電壓控制，這兩個參量可以由外界系統測量、嚴格控制。
　　
　　④注入離子時襯底溫度可自由選擇。根據需要既可以在高溫下摻雜，也可以在室溫或低溫條件下摻雜。這在實際應用中是很有價值的。
　　
　　⑤大面積均勻注入。離子注入系統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。例如對于100keV離子的平均射程的典型值約為0.1um。　　
　　離子注入技術的發展
　　
　　離子注入首先是作為一種半導體材料的摻雜技術發展起來的，它所取得的成功是其*性的例證。低溫摻雜、的劑量控制、掩蔽容易、均勻性好這些優點，使得經離子注入摻雜所制成的幾十種半導體器件和集成電路具有速度快、功耗低、穩定性好、成品率高等特點。對于大規模、超大規模集成電路來說，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，離子注入已經成為半導體器件和集成電路生產的關鍵工藝之一。在制造半導體器件和集成電路的生產線上，已經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用迅速發展。在耐磨性的研究方面已取得顯著成績，并得到初步的應用，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,使摩擦系數顯著降低。例如用錫離子注入En352軸承鋼，可以使摩擦系數減小一半。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量級以上。實驗結果業已證明，摻雜原子在磨損過程中不斷向基體內部推移,相當于注入層逐步內移,因此可以相當持久地保持注入層的耐磨性。
　　
　　離子注入技術的性能
　　
　　離子注入后形成的表面合金，其耐腐蝕性相當于相應合金的性能，更重要的是，離子注入還可以獲得特殊的耐蝕性非晶態或亞穩態表面合金，而且離子注入和離子束分析技術相結合，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，還有一個重要的優點，即注入雜質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性能保持不變,外形尺寸不發生宏觀的變化,適宜于作為一種zui后的表面處理工藝。
　　
　　離子注入由于化學上純凈、工藝上可控，因此作為一種*的研究手段，還被廣泛應用于改變光學材料的折射率、提高超導材料的臨界溫度，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域。
　　
　　2．1離子注入應用于金屬材料改性
　　
　　離子注入應用于金屬材料改性，是在經過熱處理或表面鍍膜工藝的金屬材料上，注入一定劑量和能量的離子到金屬材料表面，改變材料表層的化學成份、物理結構和相態，從而改變材料的力學性能、化學性能和物理性能。具體地說，離子注入能改變材料的聲學、光學和超導性能，提高材料的工作硬度、耐磨損性、抗腐蝕性和抗氧化性，zui終延長材料工作壽命。
　　
　　2．2離子注入機應用于摻雜工藝
　　
　　在半導體工藝技術中，離子注入具有高精度的劑量均勻性和重復性，可以獲得理想的摻雜濃度和集成度，使電路的集成、速度、成品率和壽命大為提高，成本及功耗降低。這一點不同于化學氣相淀積，化學氣相淀積要想獲得理想的參數，如膜厚和密度，需要調整設備設定參數，如溫度和氣流速率，是一個復雜過程。上個世紀70年代要處理簡單一個的ｎ型金屬氧化物半導體可能只需6～8次注入，而現代嵌入記憶功能的CMOS集成電路可能需要注入達35次。
　　
　　技術應用需要劑量和能量跨越幾個等級，多數注入情況為：每個盒子的邊界接近，個別工藝因設計差異有所變化。隨著能量降低，離子劑量通常也會下降。具備經濟產出的zui高離子注入劑量是1016/cm2，相當于20個原子層。
　　
　　2．3在SOI技術中的應用
　　
　　由于SOI技術（Silicon-on-Insulation）在亞微米ULSI低壓低功耗電路和抗輻照電路等方面日益成熟的應用，人們對SOI制備技術進行了廣泛探索。