L’impianto ionico ha applicazioni in diversi settori, in particolare nella realizzazione di semiconduttori. Un impianto ionico è uno ione di un particolare elemento, posizionato nel materiale circostante allo scopo di modificare le proprietà elettriche o superficiali del materiale. Alcuni elementi comuni che possono essere utilizzati nell’impianto di ioni sono fosforo, arsenico, boro e azoto.
La scienza dell’impianto ionico è nota dagli anni ‘1950, ma non è stata ampiamente utilizzata fino agli anni ‘1970. Una macchina chiamata separatore di massa viene utilizzata per impiantare ioni nel materiale di destinazione, chiamato “substrato” per scopi scientifici. In una configurazione tipica, gli ioni vengono prodotti in un punto sorgente e quindi accelerati verso un magnete di separazione, che concentra e indirizza efficacemente gli ioni verso la loro destinazione. Gli ioni sono costituiti da atomi o molecole con un numero di elettroni maggiore o minore del normale, che li rende chimicamente più attivi.
Dopo aver raggiunto il substrato, questi ioni entrano in collisione con atomi e molecole prima di fermarsi. Tali collisioni possono coinvolgere il nucleo dell’atomo o un elettrone. Il danno causato da queste collisioni modifica le proprietà elettriche del substrato. In molti casi, l’impianto ionico influisce sulla capacità del substrato di condurre elettricità.
Una tecnica chiamata doping è lo scopo principale dell’utilizzo di un impianto ionico. Questo è comunemente fatto nella produzione di circuiti integrati e, in effetti, circuiti moderni come quelli dei computer non potrebbero essere realizzati senza impiantazione ionica. Il doping è fondamentalmente un altro nome per l’impianto ionico che si applica specificamente alla produzione di circuiti.
Il doping richiede che gli ioni vengano prodotti da un gas molto puro, che a volte può essere pericoloso. Per questo motivo, esistono molti protocolli di sicurezza che regolano il processo di drogaggio dei wafer di silicio. Le particelle del gas vengono accelerate e indirizzate verso il substrato di silicio in un separatore di massa automatizzato. L’automazione riduce i problemi di sicurezza e in questo modo è possibile drogare diversi circuiti al minuto.
L’impianto ionico può essere utilizzato anche nella fabbricazione di utensili in acciaio. Lo scopo di un impianto ionico in questo caso è modificare le proprietà superficiali dell’acciaio e renderlo più resistente alle crepe. Questo cambiamento è causato da una leggera compressione della superficie dovuta all’impianto. Il cambiamento chimico provocato dall’impianto ionico può anche proteggere dalla corrosione. Questa stessa tecnica viene utilizzata per progettare dispositivi protesici come le articolazioni artificiali, conferendo loro proprietà simili.