İyon yerleştirmesi
Genel prensip

İyon yerleştirmesi araçları genelde iyonların arzu ettiği elementte üretildikleri bir iyon kaynağından, iyonların elektrostatik bir şekilde yüksek enerjiye ivmelendirildikleri bir hızlandırıcıdan ve iyonların, üzerine yerleştirilecekleri materyalin üzerine gömüldükleri bir hedef çemberinden oluşur. Bu sebeple iyon yerleştirmesi, parçacık radyasyonunun özel bir durumudur. Her bir iyon tipik olarak tek bir atom veya moleküldür. Bu sebepten dolayı hedef üzerine yerleştirilen materyalin gerçek miktar iyon akımının zaman üzerindeki integralidir. Bu miktara doz denir. Yerleştirenler tarafından sağlanan akımlar tipik olarak küçüklerdir (mikroamper) ve bu sebeple birim zamanda yerleştirilebilen doz miktarı azdır. Bu sebepten dolayı, iyon yerleştirmesi kimyasal değişim miktarının az olması gereken yerlerde uygulanır.
Tipik iyon enerjileri 10-500 keV (1,600 to 80,000 aJ) aralığındadır. 1-10 keV (160 to 1,600 aJ) aralığındaki enerjiler de kullanılabilir fakat sadece birkaç nanometre veya daha az oranda bir delinmeyle sonuçlanır. Bu sonuçtan daha düşük enerjiler, hedefe çok az zarar verir ve iyon ışını döküntüsü klasmanına düşerler. Yüksek enerjiler de kullanılabilir: 5 MeV (800,000 aJ) gücünde hızlandırıcılar mevcuttur. Fakat genelde hedefe çok büyük yapısal hasar verirler ve derinlik dağılımı geniş olduğu için (Bragg tepe noktası), hedefin herhangi bir noktasındaki net kompozisyon değişimi küçük olacaktır.
İyon türü ve hedefin türü kadar iyonların enerjisi de bu iyonların katının içerisine ne kadar girebileceğini belirler: Bir monoenerjitik iyon ışını genelde geniş bir derinlik dağılımına sahiptir. Ortalama delme derinliğine iyonların menzili denir. Tipik şartlar altında iyon menzili 1-10 nanometre arasıdır. Bu yüzden iyon yerleştirmesi, özellikle kimyasal veya yapısal değişimin, hedefin yüzeyinde olduğu durumlarda çok kullanışlıdır. İyonlar katı içerisinde hareket ettikçe, hem hedef atomlarla olan çarpışmaları (belirli oranda enerjilerini kaybederler ) hem de sürekli bir süreç olan elektron orbitallerinin hafif çekme üst üste gelmesinden dolayı enerji kaybederler. Hedefteki iyon enerji kaybına durdurma denir ve ikili çarpışma yaklaşımı metodu ile canlandırılır.
İyon yerleştirmesi için olan hızlandırıcı sistemleri genelde şöyle sınıflandırılır:
Orta derece akım-iyon ışını şiddeti 10 μA ve ~2 mA arasıdır.
Yüksek derece akım- iyon ışını akımı ~30 mA'e kadardır
Yüksek enerji-iyon enerjileri 200 keV ve 10 MeV arasıdır.
Çok yüksek dozda etkili implant dozu 1016 iyon/cm²’den daha fazladır.
İyon yerleştirmesi ışın dizaynlarının tüm çeşitleri fonksiyonel bileşenlerin genel gruplarını içerir (resme bakınız). İyon ışın yolunun ilk önemli sekmesi - iyon kaynağı denilen ve iyon türlerini üreten bir cihaz vardır. Kaynak, iyonların ışın çizgisine çıkarılmaları için etkilenmiş elektrotlarla yakınca eşleştirilmiş ve çoğunlukla da belirli bir iyon sütü ana hızlandırma kısmı için taşıyıcı olarak seçilir. “Kütle” seçimi genellikle manyetik alan bölgesi içerisinden çıkartılan iyon ışını pasajıyla ve yolu kapatan birkaç cisim veya “yarık” denilen ve sadece belirli kütle, hız/yük bakımına kesin bir değerde olan iyonların devam etmesine izin verilir ve diğerlerinin çıkış yolu kesilir. Eğer hedef yüzey iyon ışını çapından büyükse ve yerleştirilen dozun eşit miktardaki dağılışı eğer hedef yüzeyde istenilen düzeydeyse, o zaman ışın tarayan kombinasyonlar ve wafer hareketi kullanılır. Son olarak, yerleştirilmiş yüzey birikmiş yükleri toplamada kullanılan bir metotla eşlenir ve bu sayede iletilen doz sürekli bir şekilde incelenir ve yerleştirme süreci istenilen doz düzeyinde sona erer.