用一定能量的離子轟擊固體表面，使固體近表面層物理、化學性質發生變化的工藝技術，包括離子註入、離子束混合、離子濺射、離子刻蝕等技術。離子註入是將某種離子“打進”固體，改變固體近表面層的化學成分和固體結構。離子註入技術用於半導體摻雜和金屬和其他材料的表面改性。離子束混合是用離子轟擊鍍有多層薄膜的金屬，使各層原子因離子碰撞發生互混，主要用於冶金學研究。離子濺射除用於鍍膜外(見真空鍍膜)還用於表面處理，實現濺射清洗、拋光、磨削和減薄等。離子刻蝕屬於電子束與離子束微微細加工技術。
離子註入 這種技術的研究始於50年代。用具有一定能量（幾萬到幾十萬電子伏）的離子轟擊固體(靶)表面，離子進入固體後，不斷與靶原子核及電子碰撞，並將其能量傳遞給原子核和電子，直至耗盡能量後停止在靶內某一深度。這一深度約為幾百至幾千埃。如不考慮溝道效應，註入非晶靶中的離子在基體中的分佈服從高斯分佈（圖1），其數學表達式為
式中n為註入離子濃度；x為註入深度；N為註入劑量，即單位面積上註入的離子個數；Rp為離子在固體中射程沿入射方向的投影，稱投影射程；ΔRp為Rp的標準偏差。對於確定的離子能量、質量和靶材料，Rp和ΔRp有確定的值，可根據理論算出來。例如能量為100千電子伏的硼離子註入到矽中，它的Rp為2900埃，ΔRp為710埃。
註入離子與靶原子發生碰撞，破壞靶原子的正常排列而產生“輻射損傷”。這類損傷可以通過適當的熱處理而消除；另一方面，可利用輻射損傷現象對表面進行特殊的工藝加工。
離子註入設備的主要結構如圖2。在離子源中，原子被電離成離子。離子在電壓U加速下獲得能量E=qU，q為離子電量。常用的加速電壓范圍為10～800千伏。加速後的離子束通過磁分析器，磁分析器從離子束中選出一定能量和質量的離子，這些離子用來轟擊靶面。為瞭避免離子與氣體分子碰撞而損耗能量，系統內應保持高真空。測量靶電流可得出註入劑量。註入劑量在1010～1020個/厘米2范圍內。
離子註入技術在集成電路和微電子技術方面已得到廣泛應用。在金屬中的應用主要包括三個方面。①用離子註入模擬輻照試驗：研究金屬在輻照作用下空洞和氣泡的產生。這種模擬試驗可以在很短時間內給出快中子堆中的金屬或聚變堆中的第一器壁材料受長期輻照後的性能資料。②金屬表面改性研究：離子註入對金屬表面的抗腐蝕性能、耐磨損性能、潤滑性能、超導性能和催化性能有顯著影響，特別是在提高耐磨性和抗腐蝕性方面的研究更受到人們的重視。③冶金學研究：即離子註入冶金學。由於不受熱力學平衡的限制，原則上一切元素都可以註入任何金屬，因此可用這種方法研究離子註入對金屬的成分、結構和性能的影響，借以研制新的合金。離子註入也應用於絕緣材料，如離子註入石英玻璃可改變其折射率，用來制造光集成電路的波導、耦合器，還可制造氣敏和磁泡材料等。
離子束混合 在基片上交替鍍敷兩種金屬薄層，例如每層厚150埃，膜層總厚1000埃，然後用惰性離子（氬、氪等）轟擊，使兩種金屬混合形成亞穩態組織，這種技術稱為離子束混合。這種技術出現於1973年，它是離子註入技術與鍍膜技術的結合，擴展瞭離子註入冶金學的研究范圍，可用於研究註入原子在晶格中的位置，註入後的各種亞穩態固溶體，非晶態結構和化合物的產生、沉淀析出、擴散，以及表面改性機制等。
參考書目
北京市輻射中心、北京師范大學合著：《離子註入原理與技術》，北京出版社，北京，1982。