500 kV iónový implantátor

 500kV implantátor

 

Iónová implantácia

Iónová implantácia je proces, pri ktorom je substrát bombardovaný urýchlenými iónmi prímesi. Jej cieľom je zabudovanie prímesných atómov do základného materiálu vzorky. Zmenou energie implantovaných iónov sa mení hĺbka zabudovania prímesných atómov. Kombináciou viacerých energií je možné docieliť požadovaný hĺbkový koncentračný profil implantovaného prvku.

Energetický rozsah iónovej implantácie je od 20 keV do 50 MeV. Maximálny priemer implantovaného substrátu je 20 cm pre 500 kV implantátor a 10 cm pre 6 MV Tandetron. Implantovaný substrát je možné chladiť vodou, kvapalným dusíkom alebo vyhrievať.

Iónová implantácia je metóda využívajúca urýchlené ióny vhodná na vnesenie cudzích atómov (vo forme iónov) do základného materiálu alebo na vytvorenie štruktúrnych porúch v základnom materiáli. Týmto spôsobom môžeme cielene meniť základné vlastnosti materiálov. V princípe je možné implantovať všetky chemické prvky vrátane rádioaktívnych izotopov. Materiál, do ktorého chceme ióny implantovať, tzv. substrát môže byť z kovu, zliatiny, polovodiča, keramiky či plastu. Implantácia rádioaktívnych izotopov a následná dvojdimenzionálna detekcia kanálovaných a emitovaných elektrónov umožňuje presné stanovenie umiestnenia nečistôt v mriežke monokryštálových materiáloch. Technológie iónovej implantácie sa využívajú na dotovanie povrchov materiálov za účelom ochrany voči opotrebeniu, získania antikoróznej ochrany alebo biokompatibilného povrchu, zvýšenie tvrdosti, cieleného nanoštruktúrovania, dosiahnutia nanopórovitosti, modifikovania elektrických, magnetických, fyzikálnych či chemických vlastností povrchov.

Implantácia kovových iónov do dielektrík je progresívnou metódou, ako z obyčajného objemového materiálu, akým je napr. sklo, keramika nebo polymér, vytvoriť materiál s novými netušenými vlastnosťami. Charakter a rozsah týchto vlastností závisí od hĺbky, v ktorej sú ióny naimplantované, od implantačnej dávky, od hĺbkového profilu naimplantovaných iónov, a od vytvorenia prípadných nanočastíc, domén či nanovrstiev, ktoré vznikajú agregáciou iónov, priebeh ktorej je podmienený parametrami implantácie (teplota, energia a náboj implantovaných iónov). Tak napríklad ióny Co alebo Fe implantované do polymérov či skiel vytvárajú kovové nanočastice, ktorých feroelektrické vlastnosti sa výrazne líšia od vlastností objemového kovového materiálu; ich využitie sa predpokladá v spintronike. Sklá implantované Er sa využívajú v laserovej a oznamovacej technike. Implantácia Cu, Ag či Au iónov do skiel alebo polymérov má za následok rôzny stupeň optickej nelinearity materiálu.

Pomocou iónovej implantácie je možné simulovať radiačné poškodenie reaktorových ocelí. Táto metóda prináša značné výhody, ako napríklad: ožiarené vzorky nie sú rádioaktívne a neexistujú problémy s manipuláciou, meraním, upravovaním alebo skladovaním. Taktiež neexistuje možnosť kontaminácie okolitého prostredia alebo zariadení. Čas ožarovania iónmi je relatívne krátky, pričom ide o efektívnu metódu pre štúdium základných efektov ožiarenia materiálu, ako je nárast objemu, tečenie a segregácia chemických prvkom v materiáli.

 Miešanie iónovým zväzkom (Ion beam mixing)

Je premiešavanie atómov a zlievanie v mieste rozhrania dvoch rôznych materiálov počas ožarovania iónmi. Táto metóda sa využíva najmä pri spájaní nerovnovážnych a metastabilných zliatin a intermetalických zlúčenín.

Aplikácie iónovej implantácie a iónového miešania

Hlavným cieľom je zmena vlastností povrchových a podpovrchových oblastí materiálov. Popri tom, že implantácia je jednou zo základných technológií polovodičového priemyslu, využíva sa aj na zvýšenie odolnosti povrchov voči opotrebeniu, zvýšenie tvrdosti, vytvorenie odolnosti voči oteru, antikoróznej ochrannej vrstvy, biokompatibilného povrchu, ale slúži aj na cielenú modifikáciu elektrických, magnetických, optických aj ďalších fyzikálnych alebo chemických vlastností povrchových vrstiev. Aktuálnou aplikačnou oblasťou je formovanie nanoštruktúr, nanopórovitosti a modifikácia ich vlastností.

 
   



 

Ústav výskumu progresívnych technológií
Materiálovotechnologická fakulta STU
Jána Bottu 8857/25
917 24 Trnava
GPS:  48.37088 17.572509

MTF Logo

Logo STU