Dyfuzja a implantacja jonowa
Różnicę między dyfuzją a implantacją jonów można zrozumieć, gdy zrozumiesz, czym jest dyfuzja i implantacja jonów. Przede wszystkim należy wspomnieć, że dyfuzja i implantacja jonów to dwa pojęcia związane z półprzewodnikami. Są to techniki stosowane do wprowadzania atomów domieszek do półprzewodników. Ten artykuł dotyczy tych dwóch procesów, ich głównych różnic, zalet i wad.
Co to jest dyfuzja?
Dyfuzja jest jedną z głównych technik stosowanych do wprowadzania zanieczyszczeń do półprzewodników. Metoda ta uwzględnia ruch domieszki w skali atomowej i zasadniczo proces ten zachodzi w wyniku gradientu stężenia. Proces dyfuzji odbywa się w układach zwanych „piecami dyfuzyjnymi”. Jest dość drogi i bardzo dokładny.
Istnieją trzy główne źródła domieszek: gazowe, płynne i stałe, a źródła gazowe są jednymi z najczęściej stosowanych w tej technice (niezawodne i wygodne źródła: BF3, PH3, AsH3). W tym procesie gaz źródłowy reaguje z tlenem na powierzchni płytki, tworząc domieszkę tlenku. Następnie dyfunduje do krzemu, tworząc jednorodną koncentrację domieszki na całej powierzchni. Źródła płynne są dostępne w dwóch postaciach: bełkotek i spin na domieszce. Bąbelki przekształcają ciecz w parę, aby reagować z tlenem, a następnie tworząc tlenek domieszki na powierzchni płytki. Domieszki wirowe są roztworami suszącymi z domieszkowanych warstw SiO2. Źródła stałe obejmują dwie formy: formę tabletki lub granulatu oraz formę krążka lub opłatka. Krążki z azotku boru (BN) są najczęściej używanym stałym źródłem, które można utleniać w temperaturze 750 – 1100 0C.
Prosta dyfuzja substancji (niebieski) ze względu na gradient stężenia przez półprzepuszczalną błonę (różowy).
Co to jest implantacja jonów?
Implantacja jonów to kolejna technika wprowadzania zanieczyszczeń (domieszek) do półprzewodników. Jest to technika niskotemperaturowa. Uważa się to za alternatywę dla dyfuzji wysokotemperaturowej do wprowadzania domieszek. W tym procesie wiązka wysokoenergetycznych jonów jest kierowana na docelowy półprzewodnik. Zderzenia jonów z atomami sieciowymi powodują zniekształcenie struktury krystalicznej. Następnym krokiem jest wyżarzanie, po którym następuje usunięcie problemu zniekształceń.
Niektóre zalety techniki implantacji jonów obejmują precyzyjną kontrolę profilu głębokości i dawki, mniejszą wrażliwość na procedury czyszczenia powierzchni oraz szeroki wybór materiałów maski, takich jak fotomaska, poli-Si, tlenki i metal.
Jaka jest różnica między dyfuzją a implantacją jonów?
• Podczas dyfuzji cząstki są rozprowadzane losowo z obszarów o wyższym stężeniu do obszarów o niższym stężeniu. Implantacja jonów polega na bombardowaniu podłoża jonami, przyspieszając do wyższych prędkości.
• Zalety: Dyfuzja nie powoduje uszkodzeń, możliwa jest również produkcja seryjna. Implantacja jonów to proces niskotemperaturowy. Pozwala kontrolować dokładną dawkę i głębokość. Implantacja jonów jest również możliwa poprzez cienkie warstwy tlenków i azotków. Obejmuje to również krótkie czasy procesu.
• Wady: Dyfuzja jest ograniczona do rozpuszczalności w stanie stałym i jest procesem wysokotemperaturowym. Płytkie połączenia i niskie dawki utrudniają proces dyfuzji. Implantacja jonów wiąże się z dodatkowym kosztem procesu odprężania.
• Dyfuzja ma profil domieszki izotropowej, podczas gdy implantacja jonów ma profil domieszki anizotropowej.
Podsumowanie:
Implantacja jonowa a dyfuzja
Dyfuzja i implantacja jonów to dwie metody wprowadzania zanieczyszczeń do półprzewodników (krzem – Si) w celu kontrolowania większości nośników i rezystywności warstw. W dyfuzji atomy domieszek przemieszczają się z powierzchni do krzemu za pomocą gradientu stężeń. Odbywa się to poprzez substytucyjne lub śródmiąższowe mechanizmy dyfuzji. Podczas implantacji jonów atomy domieszek są silnie dodawane do krzemu poprzez wstrzykiwanie energetycznej wiązki jonów. Dyfuzja jest procesem wysokotemperaturowym, podczas gdy implantacja jonów jest procesem niskotemperaturowym. Stężenie domieszki i głębokość połączenia można kontrolować podczas implantacji jonów, ale nie można tego kontrolować w procesie dyfuzji. Dyfuzja ma profil domieszki izotropowej, podczas gdy implantacja jonów ma profil domieszki anizotropowej.
