L’implantation ionique est un processus de fabrication qui est fait pour donner certaines caractéristiques à la surface d’un objet.
Mise en œuvre ironie. Il s’agit d’un processus de fabrication qui est effectué pour donner certaines caractéristiques à la surface d’un objet.
fonctions
L’implantation ionique peut être utilisée, en fonction des objectifs souhaités, pour: Dopedo des semi-conducteurs.
L’introduction d’impuretés dans un semi-conducteur est l’application la plus courante de l’implantation des ions.
Les ions de dopage Boro, le phosphore ou l’arsenic parmi d’autres proviennent généralement de sources gazeuses en raison de leur grande pureté, bien que ces gaz puissent être très toxiques.
une fois implanté dans le semi-conducteur, chaque atome de dopante provient d’une décalage de charge dans le semi-conducteur (creux ou électronique, selon qu’il s’agisse d’un type DOPante P ou de type N), de sorte que la conductivité soit modifiée de la semi-conductrice. autour de lui.
Mesotaxie: Le terme mésotaxie fait référence à la croissance d’une phase de structure cristalline égale sous la surface du cristal semi-conducteur (comparer avec l’épithexie, dans laquelle ladite phase apparaît sur la surface).
Dans ce processus, les ions sont implantés à une énergie élevée et une dose pour créer une couche d’une seconde phase, en plus d’être nécessaire pour contrôler la température pour empêcher la destruction de la structure cristalline.
L’orientation de la couche peut être manipulée jusqu’à ce qu’elle correspond à celle de l’objectif, bien que la structure exacte et le paramètre réseau soient très différentes.
Par exemple, après l’implantation d’ions de nickel dans une plaquette de silicium, une couche de siliciure de nickel qui se développe après l’orientation du silicium de la plaquette est obtenue.
Traitement des surfaces métalliques.
Renfort d’outil de chaîne, il est possible de mettre en œuvre des ions d’azote ou d’autres d’autres dans des outils en acier tels que des bits de forage. Le changement structurel causé par l’implantation produit une compression de surface en acier, La protégeant de la propagation des ruptures et la rendant plus résistante à ceux-ci.
changement chimique, d’autre part, peut rendre l’outil plus résistant à la corrosion.
revêtement de surface:
dans certaines applications, telles que des dispositifs prothétiques tels que des articulations artificielles, il est recherché que les surfaces sont très résistantes à la fois au produit chimique Corrosion quant à la frottement.
L’implantation ionique est utilisée dans ces cas pour manipuler les surfaces desdits dispositifs afin d’obtenir une plus grande fiabilité. La fonction du matériau, des caractéristiques ou d’autres personnes peut être obtenue en fonction du type de traitement utilisé. .
Types de traitements par implantation Ion
Surfaces implantées: le processus consiste en la création du faisceau d’ions, son accélération à l’énergie attendue (généralement 100 à 200 keV), sa purification et se concentrer, par électrompagnants et son impact sur les zones de la surface que vous souhaitez protéger.
implantation ionique produit sur les surfaces de la composition et des changements de structure qui sont l’origine de son augmentation de la résistance à l’usure, de la frottement et de la corrosion.
Les ions implantés sont répartis dans une profondeur de rathing entre 200 et 2000 couches atomiques (0,05 μm de 0,5 μm) en fonction du type d’ion, du matériau de base et de l’énergie du bombardement.
La concentration maximale, laquelle pour des ions légers tels que le carbone ou l’azote peut dépasser 50%, est à une certaine profondeur puis diminue doucement. Il n’y a pas un entrelacement brusque entre la zone implantée et le matériau de base.
comme pour la profondeur, très réduit si comparé à celui des traitements classiques, il convient de dire qu’il est suffisant de produire les changements qui vous voulez produire. Il n’est pas intéressé à approfondir davantage. Les surfaces implantées avec du bore, du carbone, des ions d’azote, etc. Ils ont résisté à la suite de la formation de précipitations fines (nitrures, etc.).
L’introduction de doses élevées de ces éléments crée d’importants efforts de compression qui contribuent au blocage des m) et à la fin des canaux de corrosion.La couche d’oxyde de surface présente dans de nombreux métaux peut également être effectuée, contribuant à une meilleure protection contre la corrosion et à une réduction des coefficients de friction.
D’autre part, l’implantation des ions métalliques a des effets très divers: par exemple, le titane, en combinaison avec du carbone, produit une réduction drastique du coefficient de frottement qui atteint également le molybdène en combinaison avec le Soufre
L’implantant du chrome parvient à former des couches d’oxyde très cohérentes qui protègent les surfaces contre la corrosion et l’usure.
en résumé: trois étant les paramètres qui caractérisent chaque implantation (type d’ion, énergie de Implantation et dose implantée) Il existe différentes recettes pour les différents problèmes, bien que dans le cas d’aciers, qui est le matériau le plus traité, les implantations d’azote, suivies d’un chrome, de carbone ou de titane constituent 90% des solutions utilisées.
Effets de l’implantation ionique d’une surface
effets balistiques
de manière générale, la pénétration moyenne d’un ion dans un seul dépendra de la densité de Est, d’énergie projectile et de masses atomiques de blanc et de projectile. Aux énergies typiques de l’implantation d’ions (< 200 KEV), même l’implantation d’hydrogène dans des matières lumineuses telles que le silicium dépasse 2 microns.
L’ordre de la magnitude typique d’une implantation ionique est le dixième de micropa.
Le processus de freinage est aléatoire. Ainsi, les atomes implantés seront distribués en profondeur après un certain type de distribution statistique que nous pouvons aborder un gaussien. À de faibles doses, il y aura à peine des atomes de surface, alors qu’il y aura un sommet de concentration à une certaine profondeur et de là, il diminuera jusqu’à ce qu’il soit éteint.
La mise en œuvre des ions à différentes énergies permettrait de construire Profilés d’implantation plate, etc.
L’implantation des ions produit également un effet de pulvérisation sur la surface qui est plus important, plus la masse du projectile est grande. Si nous mettons en œuvre, nous allons déchirer la matière de la surface, il est possible d’atteindre une situation de saturation dans laquelle le pic de mise en œuvre est à la surface et de là, la dose conservée ne peut pas être augmentée. Pour les ions lourds, la dose de saturation peut être très faible.
Les effets balistiques de l’implantation ionique dans les Sóls sont très variés: création de postes vacants et interstitiels, ionisation des atomes de réseau, etc. En général, et avec une plus grande importance pour les ions lourds, l’ion incident communique une grande partie de son énergie aux atomes de réseau, les déplaçant à grande vitesse et à démarrer des cascades d’ions secondaires secondaires.
Effets chimiques et structuraux
Bien que les effets balistiques puissent être prédits à partir de modèles théoriques très serrés, la modification chimique et structurelle du matériau doit être caractérisée à des posteriori et aujourd’hui prédire encore de l’expérience.
L’implantation produit des effets chimiques dans le sens des changements de composition et de formation de nouveaux alliages ou composés. En ce sens, l’implantation d’ions crée de nouveaux matériaux sur la surface de départ.
Etre un processus hors bilan, il est possible de créer des alliages métastables, au-dessus des limites de solubilité. En outre, dans le cas de la mise en œuvre d’éléments réactifs tels que B. C, NS ou etc. La formation de borides, de carbures, de nitrures, d’oxydes, etc. est produite, généralement sous la forme de précipitations fines et dispersées, qui ont suffisamment à voir avec des changements de dureté de surface observés.
d’une manière ou d’une autre, l’implantation ionica est Une nouvelle façon de faire de la chimie et, comme dans d’autres processus chimiques, vous devez faire attention aux perturbations produites par la présence d’autres éléments. Par exemple, du carbone, présent dans la plupart des systèmes, une fine couche de carbone amorphe est formée sur la surface pendant l’implantation d’autres éléments.
Cette couche contribuerait à réduire les coefficients de friction ou de produits chimiques. passivation du matériau. L’oxygène, également omniprésent, peut surfer sur une couche d’oxyde avec l’ion implantée ou avec des éléments du substrat. Cette couche d’oxyde, normalement fine et cohérente, peut également contribuer à la modification des coefficients de friction ou à la passivation du matériau contre des attaques chimiques.
Ces effets, normalement non causés, peuvent devenir si intéressants que des méthodes ont été conçues pour les produire contrôlées.De plus, la formation dynamique de ces couches de surface peut être une méthode adéquate pour augmenter les doses de saturation de certains éléments, car elle est pulvérisée par pulvérisation au lieu de la vraie surface du matériau, ils recréent dans un processus continu, faisant du papier d’un couche de sacrifice qui n’est pas consommée.
mais en plus des effets chimiques, les effets structurels sont également, tels que l’amortissement des couches de surface, la formation de précipités durcis ou la création de tensions de compression qu’ils Augmentez l’élasticité de la surface et bloquez la croissance des micrographes qui fonctionnent mieux pour la fatigue.
Les effets tribologiques (référencés au frottement entre les corps) d’une implantation ionique dépendent souvent d’une combinaison d’effets chimiques et structuraux et nous devons admettre que vous n’avez pas toujours une explication définitive des changements de comportement observés, ce qui n’est pas ext. cru s’il est également admis que la tribologie (science qui étudie les frictions entre organes) développe toujours leurs systèmes théoriques.
quelques applications pratiques
problèmes typiques résolus par une implantation ionique sont une usure adhésive, une usure abrasive non sévère, un frottement et certains types de corrosion ou d’oxydation. La plupart des matériaux traités sont des aciers bien que les alliages d’aluminium ou de titane répondent encore mieux, les résultats sur du métal dur, des couches de chrome ou des revêtements en étain sont également très intéressants. Il existe également un certain nombre d’applications de développement sur le verre, la céramique et les polymères.
Bien que les zones dans lesquelles l’implantation d’ions ait été utilisée sont de très nombreuses et de nouvelles applications sont toujours identifiées, 90% des cas traités par des entreprises et les centres de sous-traitance correspondent à une série de problèmes typiques dans lesquels l’implantation d’ions est la solution la plus appropriée des points de vue techniques et économiques. Il convient de mentionner les moules d’injection plastique les plus connues:
La durée de vie augmente jusqu’à 4 fois en implantant du chrome pour les problèmes d’usure de corrosion, ou en hausse de 9 fois en implantant de l’azote pour l’usure d’injection de Plastiques chargées.
C’est l’une des applications les plus répandues en Europe, avec une incidence particulière au Danemark et au Royaume-Uni. Les moules d’injection plastique pour jus de précision, appartement électrique, disques compacts, objets ornementaux et objets de la série longue sont les scénarios les plus courants pour l’application de l’implantation ionique.
implantation ionique fournit une protection spéciale au trou et aux canaux d’entrée de Le plastique (peut être appliqué de manière restrictive), ainsi que des surfaces avec des textures spéciales ou polies dont la détérioration invalide au moule.
B- utile pour la fabrication d’emballages en métal
augmente jusqu’à 5 fois en implantant l’azote dans les matrices, les coups de poing et les matrices. C’est une autre des applications les plus répandues au Danemark et en Espagne.
C-prothetic ou genou
augmentations de vie de plus de 10 fois dans la prothèse en alliage TI6A14V. C’est l’application la plus répandue aux États-Unis.
D-BLADES ET AUTRES OUTILES DE COUPE DE PAPIER
LIFE augmente 3 à 10 fois en implantant de l’azote sur le bord de la cour. Parfois, le traitement est toujours efficace après sa sharnelle.
Ecompunches, matrices, matrices et outils d’estampage, déformation des tôles ou tubes formes
Solution de problèmes de friction, se dispensant parfois avec des lubrifiants. Lifetimes de 4 à 8 fois.
F-Pales, extrudeuses, rouleaux et autres employés utiles de l’industrie alimentaire
Une résistance accrue aux problèmes combinés d’usure et d’attaque chimique. Augmentation de la vie variable, selon le cas.
implantation ionique dans les problèmes d’usure et de friction
L’une des premières données promues par l’intérêt de l’implantation ionique des métaux était la découverte que les aciers Implanté avec de l’azote, à des doses élevées, parfois augmenté de façon spectaculaire, sa résistance à l’usure.
Ce comportement a été décrit, non seulement pour la plupart des aciers, mais également pour d’autres alliages métalliques, en particulier en aluminium ou en titane. Dans tous les cas, cette amélioration est attribuée à la formation d’un nitrures dispersées (dans le cas des aciers de nitrure de chrome, bien que parfois d’autres phénomènes puissent collaborer, tels que des efforts de compression qui produisent une plus grande élasticité de surface, etc.
dur Les métaux (WC-CO CEMENTED) peuvent également augmenter sa résistance à l’usure en implantant l’azote ou certains ions métalliques.Le coefficient de friction reste nettement sous les aciers implantés avec plus de titane de carbone. Une autre solution est l’implantation de carbone à des doses aussi hautes qui forme une fine couche de carbone sur la surface. En outre, la plupart des implantations habituelles de réduction de l’usure ont également des effets bénéfiques sur le frottement.
En résumé, l’implantation ionique est un outil utile pour résoudre des problèmes d’usure adhésif (ou abrasifs pas très graves), ainsi que Problèmes de friction.
Implantation ionique dans les problèmes de corrosion
ainsi que des problèmes d’usure / friction sont traités dans la pratique avec une douzaine de solutions, pour la diversité des problèmes de corrosion, toutes sortes d’implantations ont été essayées, parfois des ions exotiques ou de doses très réduites.
Cependant, l’affaire la plus exploitée est l’implantation du chrome pour éviter l’attaque chimique par des gaz corrosifs dans des moules d’injection plastique, ainsi que la constatation que l’implantation d’azote améliore également la résistance à l’oxydation.
Le fait que l’implantation ionique n’est pas un traitement adéquat à des températures élevées entraîne certains des problèmes technologiques les plus chauds (corrosion des suisses de turbine, etc.) être hors de portée de cette technique.
implantation ionique Pour la solution d’autres problèmes
la plupart des applications industrielles pour l’implantation des métaux se concentrent sur l’usure, le frottement et la corrosion, mais il existe d’autres situations spécifiques dans cette implantation ionique peut collaborer pour améliorer le comportement utile et composants.
augmente les augmentations de la résistance à la fatigue, éventuellement due au blocage des micrographies sur les surfaces implantées, augmente de la résistance à la cavitation, etc. Il a également un intérêt croissant pour la mise en œuvre d’autres matériaux figure parmi les vitres inclus, des polymères (pour les conducteurs), des élastomères, des céramiques et même des fibres pour matériaux composites.
Certaines des implémentations qui intéressent la plupart des intérêts des temps récents sont liées à la biocompatibilité ou aux propriétés bactériostatiques des matériaux qui seront en contact prolongé avec le corps humain.
Quelques problèmes d’implantation d’ions
Dommages cristalographiques
Chaque ionique produit individuellement de nombreux défauts ponctuels dans le sujet de la cristal de l’impact des postes vacants et interstitiels. Les postes vacants sont des points du réseau cristallin qui ne sont occupés par aucun atome: dans ce cas, les ions entrent en collision avec l’atome de la cible, ce qui entraîne un transfert d’énergie significatif qui oblige ce dernier à quitter sa position dans la structure.
Cet atome solide devient ainsi un projectile qui la traverse, pouvant provoquer des collisions successives. Les interstitiels apparaissent lorsque certains atomes (ou l’ion d’origine) atteignent le solide et ne trouvent pas de lacunes vacantes dans le réseau. Ces défauts ponctuels peuvent bouger et agglomérer, entraînant des boucles de dislocation et d’autres défauts.
Observations sur les matières dangereuses
Dans l’implantation des ions effectués dans le processus de fabrication de la plaquette, il est important de minimiser l’exposition des travailleurs aux matériaux toxiques utilisés pendant le processus. . Parmi ces toxiques, l’arsina et la phosphine se démarquent. Pour cette raison, les installations de fabrication de semi-conducteurs sont hautement automatisées, qui devaient disposer de systèmes de libération sécurisée de bouteilles de gaz de pression négatives.
D’autres éléments à prendre en compte sont l’antimoine, l’arsenic, le phosphore et le bore. Les résidus générés sont libérés si les machines à pression atmosphérique sont ouvertes, de sorte qu’il est nécessaire d’avoir des pompes à vide qui les ramassent. Il est primordial de ne pas être exposé à ces éléments cancérogènes, corrosifs, inflammables et toxiques.
haute tension
L’existence de sources haute tension dans ce type d’installation peut impliquer un risque important d’électrocution. En outre, les collisions atomiques à haute énergie peuvent générer des radio-isotopes dans certains cas.
Les opérateurs et le personnel de maintenance doivent connaître et respecter tous les conseils de sécurité du fabricant et / ou la société en charge de l’équipement. Avant d’entrer dans une zone haute tension, les composants terminaux doivent être mis à la terre avec les outils appropriés. Par la suite, les sources de tension doivent être désactivées et bloquantes de décharges inattendues.
