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离子注入技术的发展及其在材料方面的应用--第1页
离子注入技术的发展及其在材料方面的应用
离子注入技术的发展
及其在材料方面的应用
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离子注入技术的发展及其在材料方面的应用
摘要
离子注入是一项新兴的材料表面改性技术。它可以使材料表面的
机械、物理、化学、电学等性能发生变化。有效地提高材料表面的硬
度以及耐磨擦、耐磨损、抗腐蚀、抗疲劳等能力，延长材料使用寿命，
增加经济收益。本文介绍了离子注入的基本原理以及技术特点，描述
了离子注入在金属材料表面改性、半导体材料以及超导方面的技术应
用，并展望了离子注入的应用前景。
关键词：离子注入；材料；表面改性；半导体；超导
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离子注入技术的发展及其在材料方面的应用
一、绪论
离子注入技术于七十年代初首先成功地应用于半导体工业，成为制备大规模
集成电路必不可少的手段之一。八十年代起人们把离子注入技术开始用于金属材
料的表面改性。由于该项技术本身的独特优点、良好的改性效果以及潜在的巨大
经济效益，近年来吸引了愈来愈多的研究者开始从事该项技术的开发研究。日前，
随着应用范围的日益扩大和理论研究的不断深入，离子注入技术日趋成熟。
近年来离子注入的方式也更加多样化，除了常规离子注入外，由此派生出的
其它注入方法有：反冲注入、动态反冲注入、离子束混合等。注入方式的多样化
完善了注入实验手段，使人们对各种具体情况可以选择恰当的注入方式，以满足
不同的要求。
在实际应用中，很多方面都需要固体材料有较好的表面性能，如耐腐蚀性，
抗磨损性，较高的硬度和抗氧化性等，而这些性能都直接与固体材料表面成分，
结构组态，化台物相等有关，离于注入技术是最重要的手段之一。
离子注入技术应用于金属材料的改性，从碳素工具钢、硬质合金刚到人造或
天然金刚石制造的量具、刃具、刀具、模具和工件等，通过表面改性，可提高使
用寿命。经离子注入后，材料(或工件)韵表面硬度、耐磨损性能、抗腐蚀能力及
使用寿命等，一般可提高几倍到十几倍。目前，离子注入已经发展成为一门核技
术与金属学之间新兴的边缘学科——“离子注入冶金学”(IonImplantation
Metallurgy)。各发达国家都十分关注这门学科的发展和应用。
二、关于离子注入的简单介绍
（一）离子注入的定义
离子注入是利用某些杂质原子经离化后形成带电杂质离子，离子经过一定的
电场加速，直接轰击靶材料实现掺杂或其他作用。一般的说,离子能量在1－5KeV
的称为离子镀；0.1-50KeV称作离子溅射；一般称10－几百KeV的称为离子注入。
注入到材料中的离子具有很高的能量，足以使注入层的化学组分和原子结构发生
变化，这样使得材料表面的机械、物理、化学、电学等性能也随之改变．从而达
到材料表面改性的目的。
简单地说，离子注入的过程，就是在真空系统中，用经过加速的，要掺杂的
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