Różnica między dyfuzją a implantacją jonów

Dyfuzja a implantacja jonów
 

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 są dwoma terminami związanymi z półprzewodnikami. Są to techniki stosowane do wprowadzania atomów domieszki do półprzewodników. Ten artykuł dotyczy dwóch procesów, ich głównych różnic, zalet i wad.

Co to jest dyfuzja?

Dyfuzja jest jedną z głównych technik stosowanych do wprowadzania zanieczyszczeń do półprzewodników. Ta metoda uwzględnia ruch domieszki w skali atomowej i zasadniczo proces zachodzi w wyniku gradientu stężenia. Proces dyfuzji odbywa się w systemach zwanych „piece dyfuzyjne”. Jest dość drogi i bardzo dokładny.

Tam są trzy główne źródła domieszek: gazowy, płynny i stały, oraz źródła gazowe są najczęściej stosowane w tej technice (Wiarygodne i wygodne źródła: BF₃₎, PH₃₎, Popiół₃₎). W tym procesie gaz źródłowy reaguje z tlenem na powierzchni płytki w wyniku czego powstaje tlenek domieszki. Następnie dyfunduje do krzemu, tworząc jednolite stężenie domieszki na całej powierzchni. Źródła płynów są dostępne w dwóch postaciach: bełkotki i spin domieszki. Bubblery przekształcają ciecz w parę, która reaguje z tlenem, a następnie tworzy tlenek domieszki na powierzchni płytki. Domieszki wirujące to roztwory suszenia z domieszką SiO₂₎ warstwy. Solidne źródła obejmują dwie postacie: postać tabletkową lub granulowaną oraz formę krążkową lub opłatkową. Tarcze z azotku boru (BN) są najczęściej stosowanym źródłem stałym, które może być utlenione w temperaturze 750 - 1100 ⁰do.

Prosta dyfuzja substancji (niebieska) dzięki gradientowi stężenia na półprzepuszczalnej membranie (różowa).

Co to jest implantacja jonów?

Implantacja jonów to kolejna technika wprowadzania zanieczyszczeń (domieszek) do półprzewodników. Jest to technika niskotemperaturowa. Jest to uważane za alternatywę dla dyfuzji w wysokiej temperaturze do wprowadzania domieszek. W tym procesie wiązka wysokoenergetycznych jonów jest kierowana na docelowy półprzewodnik. Zderzenia jonów z atomami sieci powodują zniekształcenie struktury krystalicznej. Następnym krokiem jest wyżarzanie, które jest stosowane w celu rozwiązania problemu zniekształceń.

Niektóre zalety techniki implantacji jonów obejmują precyzyjną kontrolę profilu głębokości i dawkowania, mniejszą wrażliwość na procedury czyszczenia powierzchni oraz szeroki wybór materiałów maski, takich jak fotorezyst, poli-Si, tlenki i metal.

Jaka jest różnica między dyfuzją a implantacją jonów?

• W dyfuzji cząstki są przenoszone losowo z obszarów o wyższym stężeniu do obszarów o niższym stężeniu. Implantacja jonów polega na bombardowaniu podłoża jonami, przyspieszając je do wyższych prędkości.

• Zalety: Dyfuzja nie powoduje uszkodzeń, a wytwarzanie partii jest również możliwe. Implantacja jonów jest procesem niskotemperaturowym. Pozwala kontrolować dokładną dawkę i głębokość. Implantacja jonów jest również możliwa przez cienkie warstwy tlenków i azotków. Obejmuje także krótkie czasy procesu.

• Niedogodności: Dyfuzja ogranicza się do rozpuszczalności w ciele stałym i jest procesem wysokotemperaturowym. Płytkie skrzyżowania i niskie dawki są trudnym procesem dyfuzji. Implantacja jonów wiąże się z dodatkowymi kosztami procesu wyżarzania.

• Dyfuzja ma izotropowy profil domieszki, natomiast implantacja jonów ma anizotropowy profil domieszki.

Streszczenie:

Implantacja jonowa vs dyfuzja

Dyfuzja i implantacja jonów to dwie metody wprowadzania zanieczyszczeń do półprzewodników (krzem - Si) w celu kontrolowania większości typów nośnika i oporności warstw. W dyfuzji atomy domieszki przemieszczają się z powierzchni do krzemu za pomocą gradientu stężenia. Odbywa się to poprzez zastępcze lub śródmiąższowe mechanizmy dyfuzyjne. Podczas implantacji jonów atomy domieszki są silnie dodawane do krzemu przez wstrzyknięcie wiązki jonów energetycznych. 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 izotropowy profil domieszki, natomiast implantacja jonów ma anizotropowy profil domieszki.

Obrazy dzięki uprzejmości:

1. Prosta dyfuzja substancji (niebieska) dzięki gradientowi stężenia na półprzepuszczalnej membranie (różowa) autorstwa Elizabeth2424 (CC BY-SA 3.0)