イオン注入
一般的なイオン注入装置は、打ち込む元素のイオンを発生させるイオン源、必要なイオンだけを選別する質量分析機構、イオンを電気的に加速する加速器、対象物であるターゲットを高真空状態で保持するチャンバーから構成される。イオンは単一の元素が使われる。ドーズ量と呼ばれる注入された物質の総量はイオン電流の時間積分で与えられる。イオン注入によって与えられる電流はμA程度である。
一般的なイオンの加速エネルギーは10-500keV(1,600-80,000aJ)の範囲で使用される。1-10keVの範囲ではイオンが表面近くの数nm程度のところで停止するため実用的ではない。さらに対象物の損傷を小さくする場合はイオンビーム成長が用いられる。また通常の加速器ではさらに高い5MeV程度の加速エネルギーまで印加可能であるが、対象の損傷が大きく、また深さ方向の分布も広がるため、実効的な加速エネルギーの使用範囲は500keV程度が上限である。
打ち込まれたイオンはイオンと対象物の元素の種類の他に、加速器で与えられる運動エネルギーと対象物質と衝突散乱による運動量の喪失によってその飛程、つまり浸透して停止する深さが決まり、そのバラツキはほぼガウス分布に従う。イオンは対象物の原子との衝突、および電子軌道のオーバーラップによる効力などにより次第にエネルギーを失っていく。多くの場合、注入深さは10nmから1μm程度である。対象物の結晶原子の配列方向が打ち込み方向と同一の場合には、原子の間をトンネルのようにすり抜けるものが出るため、深さの制御が難しくなる。これを避けるため結晶方向からは少し傾けて打ち込まれる。イオン注入は対象物の表面付近で組成変化・構造変化が求められる場合に特に有効である。
1台の装置で全てのイオン注入条件をカバーできるわけではなく、希望する加速エネルギー・ドーズ量の範囲によって数種類の装置を使い分けなければならないのが現状である。
ヒ化ガリウム等の化合物半導体では、素子間の分離(アイソレーション)にイオン注入を用いる場合がある。イオン注入がエピ構造を破壊すると同時に、ドーパントがバンドギャップ中に深い準位を形成し、高抵抗となる。