Die Ionenimplantation findet in verschiedenen Industrien Anwendung, insbesondere bei der Herstellung von Halbleitern. Ein Ionenimplantat ist ein Ion eines bestimmten Elements, das in seinem umgebenden Material platziert wird, um die elektrischen oder Oberflächeneigenschaften des Materials zu ändern. Einige übliche Elemente, die bei der Ionenimplantation verwendet werden können, sind Phosphor, Arsen, Bor und Stickstoff.
Die Wissenschaft der Ionenimplantation ist seit den 1950er Jahren bekannt, wurde aber erst in den 1970er Jahren weit verbreitet. Eine Maschine namens Massenseparator wird verwendet, um Ionen in ihr Zielmaterial zu implantieren, das für wissenschaftliche Zwecke als „Substrat“ bezeichnet wird. In einem typischen Aufbau werden Ionen an einem Quellpunkt erzeugt und dann auf einen Trennmagneten beschleunigt, der die Ionen effektiv konzentriert und auf ihr Ziel ausrichtet. Die Ionen bestehen aus Atomen oder Molekülen mit einer höheren oder niedrigeren Elektronenzahl als üblich, was sie chemisch aktiver macht.
Beim Erreichen des Substrats kollidieren diese Ionen mit Atomen und Molekülen, bevor sie zum Stillstand kommen. Solche Kollisionen können den Kern des Atoms oder ein Elektron betreffen. Der durch diese Kollisionen verursachte Schaden verändert die elektrischen Eigenschaften des Substrats. In vielen Fällen beeinflusst die Ionenimplantation die Fähigkeit des Substrats, Elektrizität zu leiten.
Eine Technik namens Dotierung ist der Hauptzweck für die Verwendung einer Ionenimplantation. Dies wird üblicherweise bei der Herstellung integrierter Schaltungen durchgeführt, und tatsächlich könnten moderne Schaltungen wie die in Computern ohne Ionenimplantation nicht hergestellt werden. Dotierung ist im Grunde eine andere Bezeichnung für Ionenimplantation, die speziell für die Schaltungsherstellung gilt.
Beim Dotieren müssen die Ionen aus einem sehr reinen Gas hergestellt werden, was manchmal gefährlich sein kann. Aus diesem Grund gibt es viele Sicherheitsprotokolle, die den Prozess der Dotierung von Siliziumwafern regeln. In einem automatisierten Massenabscheider werden Gaspartikel beschleunigt und auf das Siliziumsubstrat gelenkt. Die Automatisierung reduziert Sicherheitsprobleme, und auf diese Weise können mehrere Schaltungen pro Minute dotiert werden.
Die Ionenimplantation kann auch bei der Herstellung von Stahlwerkzeugen verwendet werden. Der Zweck einer Ionenimplantation besteht in diesem Fall darin, die Oberflächeneigenschaften des Stahls zu verändern und ihn widerstandsfähiger gegen Risse zu machen. Diese Veränderung wird durch eine leichte Kompression der Oberfläche durch die Implantation verursacht. Die durch das Ionenimplantat bewirkte chemische Veränderung kann auch vor Korrosion schützen. Dieselbe Technik wird verwendet, um Prothesen wie künstliche Gelenke zu entwickeln, die ihnen ähnliche Eigenschaften verleihen.