이온 주입

이온 주입()은 특정 원소의 이온들을 특정 고체 대상에 주입, 가속화시킴으로써 해당 대상의 물리적, 화학적, 전기적 특성을 변경시키는 저온 가공법이다. 이온 주입은 반도체 장치 제조와 금속 표면 처리, 그리고 재료과학 연구에 사용된다. 이 이온들은 (이온들이 대상 물질과 성분이 다를 경우) 대상 물질의 기초 성분을 변화시킬 수 있다. 또, 이온 주입은 고에너지로 대상 물질에 침투할 때 화학적, 물리적 변화를 유발할 수도 있다. 대상 물질의 결정 구조는 에너지 충돌 캐스케이드에 의해 손상되거나 심지어는 파괴될 수도 있으며 충분히 높은 에너지를 가진 이온(10s의 MeV)들은 핵변환을 일으킬 수 있다.

 반도체 장치 제조의 응용 
 도핑 
붕소, 인, 비소의 반도체 도핑은 이온 주입의 일반적인 응용 형태이다. 반도체에 주입할 때 도핑된 각 워자는 어닐링 이후 반도체에 대전입자를 만들어낼 수 있다. p형 도펀트의 경우 양공이 생성될 수 있으며 n형 도펀트의 경우 전자가 생성될 수 있다. 이로써 주변부에 반도체의 전도성을 수정한다. 이 기법은 이를테면 MOSFET의 스레숄드를 조정하기 위해 사용된다.

이온 주입은 1970년대 말, 1980년대 초 광발전 기기들의 p-n 접합을 만드는 한 방식으로 개발되었으며,A. J. Armini, S. N. Bunker and M. B. Spitzer, "Non-mass-analyzed Ion Implantation Equipment for high Volume Solar Cell Production," Proc. 16th IEEE Photovoltaic Specialists Conference, 27-30 Sep 1982, San Diego California, pp. 895-899. 이는 고속 어닐링을 위한 펄스용 전자빔의 이용과 함께한다.G. Landis et al., "Apparatus and Technique for Pulsed Electron Beam Annealing for Solar Cell Production," Proc. 15th IEEE Photovoltaic Specialists Conf., Orlando FL; 976-980 (1981). 그러나 상업 생산용으로는 오늘날까지 사용되지 않고 있다.

 기타 응용 
 이온 주입 유도 나노입자 형성 
분산된 금속 나노입자를 함유하는 사파이어 등 유전체 기반 합성 물질들은 광전자 공학과 비선형 광학 분야의 유망한 재료들이다.

  주입종 기질 이온빔 에너지 (keV) 플루언스 (ions/cm2) 주입후 열처리 결과 출처 주입 이온을 함유하는 산화물 생성 Co Al2O3 65 5*1017 1400 °C에서 어닐링 Al2CoO4 스피넬 형성 Co α-Al2O3 150 2*1017 산화 환경에서 1000 °C에서 어닐링 Al2CoO4 스피넬 형성 Mg Al2O3 150 5*1016 --- MgAl2O4 혈소판 형성 Sn α-Al2O3 60 1*1017 1시간 동안 1000 °C의 O2 기체에서 어닐링 30 nm SnO2 나노입자 형성 Zn α-Al2O3 48 1*1017 600 °C의 O2 기체에서 어닐링 ZnO 나노입자 형성 Zr Al2O3 65 5*1017 1400 °C에서 어닐링 ZrO2 침전물 형성 주입종으로부터 금속 나노입자 생성 Ag α-Al2O3 1500, 2000 2*1016, 8*1016 산화, 환원, Ar, N2 기체에서 600 °C ~ 1100 °C 사이에서 어닐링 Al2O3 형태의 Ag 나노입자 Au α-Al2O3 160 0.6*1017, 1*1016 대기에서 800 °C 상태에서 1시간 Al2O3 형태의 Au 나노입자 Au α-Al2O3 1500, 2000 2*1016, 8*1016 산화, 환원, Ar, N2 기체에서 600 °C ~ 1100 °C 사이에서 어닐링 Al2O3 형태의 Au 나노입자 Co α-Al2O3 150 <5*1016 1000 °C에서 어닐링 Al2O3 형태의 Co 나노입자 Co α-Al2O3 150 2*1017 환원 환경에서 1000 °C에서 어닐링 금속 Co 침전 Fe α-Al2O3 160 1*1016 to 2*1017 환원 환경에서 700 °C ~ 1500 °C 사이에서 1시간 동안 어닐링 Fe 나노복합재료 Ni α-Al2O3 64 1*1017 --- 1-5 nm Ni 나노입자 Si α-Al2O3 50 2*1016, 8*1016 500 °C ~ 1000 °C 사이에서 30분 간 어닐링 Al2O3의 Si 나노입자 Sn α-Al2O3 60 1*1017 --- 15 nm 정방정계 Sn 나노입자 Ti α-Al2O3 100 <5*1016 1000 °C에서 어닐링 Al2O3의 Ti 나노입자 기질로부터 금속 나노입자 생성 Ca Al2O3 150 5*1016 --- Al2O3 및 CaO를 함유하는 비정질 AI 나노입자 Y Al2O3 150 5*1016 --- Al2O3 및 Y2O3를 함유하는 10.7± 1.8 nm 비정질 Al 입자 Y Al2O3 150 2.5*1016 --- Al2O3 및 Y2O3를 함유하는 9.0± 1.2 nm 비정질 Al 입자

 각주 

 외부 링크 


분류:재료과학
분류:반도체 기술
분류:반도체 제조