Plasma-based ion implantation (PBII), invented in 1987, can now be considered as a mature technology for thin film modification. After a brief recapitulation of the principle and physics of PBII, its advantages and disadvantages, as compared to conventional ion beam implantation, are listed and discussed. The elaboration of thin films and the modification of their functional properties by PBII have already been achieved in many fields, such as microelectronics (plasma doping/PLAD), biomaterials (surgical implants, bio- and blood-compatible materials), plastics (grafting, surface adhesion) and metallurgy (hard coatings, tribology), to name a few. The major advantages of PBII processing lie, on the one hand, in its flexibility in terms of ion implantation energy (from 0 to 100 keV) and operating conditions (plasma density, collisional or non-collisional ion sheath), and, on the other hand, in the easy transferrability of processes from the laboratory to industry. The possibility of modifying the composition and physical nature of the films, or of drastically changing their physical properties over several orders of magnitude makes this technology very attractive for the elaboration of innovative materials, including metastable materials, and the realization of micro- or nanostructures. A review of the state of the art in these domains is presented and illustrated through a few selected examples. The perspectives opened up by PBII processing, as well as its limitations, are discussed.
プラズマベースイオン注入(PBII)は、1987年に発明され、現在では薄膜改質のための成熟した技術とみなすことができる。まずPBIIの原理と物理について簡潔に概説した後、従来のイオンビーム注入と比較した場合の利点と欠点を列挙し、考察する。PBIIによる薄膜の作製とその機能的特性の改質は、マイクロエレクトロニクス(プラズマドーピング/PLAD)、生体材料(外科用インプラント、生体適合性・血液適合性材料)、プラスチック(グラフト処理、表面接着性)、冶金(硬質被膜、トライボロジー)など、多くの分野ですでに達成されている。PBIIプロセスの主な利点は、一方ではイオン注入エネルギー(0〜100 keV)と動作条件(プラズマ密度、衝突性または非衝突性イオンシース)に関する柔軟性にあり、他方では実験室から産業へのプロセスの容易な移転可能性にある。膜の組成と物理的性質を改質できる可能性、あるいは物理的特性を数桁にわたって劇的に変化させ得る可能性は、この技術を、準安定材料を含む革新的な材料の創製や、マイクロ構造またはナノ構造の実現にとって非常に魅力的なものにしている。これらの分野における最新技術のレビューを、いくつかの選定された例を通じて提示する。PBIIプロセスによって開かれる展望と、その限界について考察する。