L’implantation ionique a des applications dans plusieurs industries différentes, notamment dans la fabrication de semi-conducteurs. Un implant ionique est un ion d’un élément particulier, placé dans son matériau environnant dans le but de modifier les propriétés électriques ou de surface du matériau. Certains éléments communs qui peuvent être utilisés dans l’implantation ionique sont le phosphore, l’arsenic, le bore et l’azote.
La science de l’implantation ionique est connue depuis les années 1950, mais n’a pas été largement utilisée avant les années 1970. Une machine appelée séparateur de masse est utilisée pour implanter des ions dans leur matériau de destination, appelé «substrat» à des fins scientifiques. Dans une configuration typique, les ions sont produits à un point source, puis accélérés vers un aimant de séparation, qui concentre et dirige efficacement les ions vers leur destination. Les ions sont constitués d’atomes ou de molécules avec un nombre d’électrons supérieur ou inférieur à la normale, ce qui les rend plus actifs chimiquement.
En atteignant le substrat, ces ions entrent en collision avec des atomes et des molécules avant de s’arrêter. De telles collisions peuvent impliquer le noyau de l’atome ou un électron. Les dommages causés par ces collisions modifient les propriétés électriques du substrat. Dans de nombreux cas, l’implant ionique affecte la capacité du substrat à conduire l’électricité.
Une technique appelée dopage est le principal objectif de l’utilisation d’un implant ionique. Cela se fait couramment dans la production de circuits intégrés, et en effet, les circuits modernes comme ceux des ordinateurs ne pourraient pas être fabriqués sans implantation ionique. Le dopage est essentiellement un autre nom pour l’implantation ionique qui s’applique spécifiquement à la fabrication de circuits.
Le dopage nécessite que les ions soient produits à partir d’un gaz très pur, ce qui peut parfois être dangereux. De ce fait, il existe de nombreux protocoles de sécurité régissant le processus de dopage des plaquettes de silicium. Les particules de gaz sont accélérées et dirigées vers le substrat de silicium dans un séparateur de masse automatisé. L’automatisation réduit les problèmes de sécurité et plusieurs circuits par minute peuvent être dopés de cette manière.
L’implantation ionique peut également être utilisée dans la fabrication d’outils en acier. L’objectif d’un implant ionique dans ce cas est de modifier les propriétés de surface de l’acier et de le rendre plus résistant aux fissures. Ce changement est causé par une légère compression de la surface due à l’implantation. Le changement chimique provoqué par l’implant ionique peut également protéger contre la corrosion. Cette même technique est utilisée pour concevoir des dispositifs prothétiques tels que des articulations artificielles, leur conférant des propriétés similaires.