Rozdiel medzi difúziou a implantáciou iónov

Difúzia verzus implantácia iónov
 

Rozdiel medzi difúziou a implantáciou iónov je možné pochopiť, keď pochopíte, čo je difúzia a implantácia iónov. Najskôr je potrebné uviesť, že difúzia a implantácia iónov sú dva pojmy súvisiace s polovodičmi. Sú to techniky používané na zavádzanie dopantových atómov do polovodičov. Tento článok je o dvoch procesoch, ich hlavných rozdieloch, výhodách a nevýhodách.

Čo je difúzia?

Difúzia je jednou z hlavných techník používaných na zavádzanie nečistôt do polovodičov. Táto metóda zvažuje pohyb dopantu v atómovej mierke a proces sa v zásade deje ako výsledok koncentračného gradientu. Difúzny proces sa vykonáva v systémoch nazývaných „difúzne pece". Je to dosť drahé a veľmi presné.

Existujú tri hlavné zdroje dopantov: plynné, kvapalné a tuhé látky a plynné zdroje sú najrozšírenejšie používané v tejto technike (spoľahlivé a pohodlné zdroje: BF₃, PH₃, ash₃). V tomto procese zdrojový plyn reaguje s kyslíkom na povrchu oblátky, čo vedie k oxidu dopantu. Ďalej sa šíri do kremíka a vytvára jednotnú koncentráciu dopantu po povrchu. Kvapalné zdroje sú k dispozícii v dvoch formách: bublajúce a rotujúce na dopante. Bubbler prevádza kvapalinu na paru, aby reagovala s kyslíkom a potom vytvorila oxid dopantu na povrchu oblátky. Točenie na dopantoch je roztokom kremičitého dopovaného SiO₂ vrstvy. Pevné zdroje zahŕňajú dve formy: tabletovú alebo granulovanú formu a formu disku alebo oblátky. Disky z nitridu bóru (BN) sú najbežnejšie používaným pevným zdrojom, ktorý sa môže oxidovať pri 750 - 1100 ⁰C.

Jednoduchá difúzia látky (modrá) v dôsledku koncentračného gradientu cez polopriepustnú membránu (ružová).

Čo je implantácia iónov?

Implantácia iónov je ďalšou technikou zavádzania nečistôt (dopantov) do polovodičov. Je to nízkoteplotná technika. Toto sa považuje za alternatívu k vysokoteplotnej difúzii pri zavádzaní dopantov. V tomto procese je lúč vysoko energetických iónov namierený na cieľový polovodič. Zrážky iónov s atómami mriežky majú za následok narušenie kryštálovej štruktúry. Ďalším krokom je žíhanie, ktoré sa používa na nápravu problému skreslenia.

Niektoré výhody techniky implantácie iónov zahŕňajú presnú kontrolu hĺbkového profilu a dávkovania, menej citlivú na postupy čistenia povrchu a má široký výber materiálov masky, ako je fotorezist, poly-Si, oxidy a kov..

Aký je rozdiel medzi difúziou a implantáciou iónov?

• Pri difúzii sa častice šíria náhodným pohybom z oblastí s vyššou koncentráciou do oblastí s nižšou koncentráciou. Implantácia iónov spočíva v ostreľovaní substrátov iónmi, ktoré sa zrýchľujú do vyšších rýchlostí.

• výhody: Difúzia nespôsobuje žiadne poškodenie a je tiež možná sériová výroba. Implantácia iónov je proces s nízkou teplotou. To vám umožní kontrolovať presnú dávku a hĺbku. Implantácia iónov je tiež možná cez tenké vrstvy oxidov a nitridov. Zahŕňa tiež krátke doby spracovania.

• nevýhody: Difúzia je obmedzená na rozpustnosť v tuhej látke a je to proces vysokej teploty. Plytké križovatky a nízke dávky sú ťažkým procesom difúzie. Implantácia iónov predstavuje ďalšie náklady na proces žíhania.

• Difúzia má izotropný dopantový profil, zatiaľ čo iónová implantácia má anizotropný dopantový profil.

Zhrnutie:

Implantácia iónov vs Difúzia

Difúzia a implantácia iónov sú dva spôsoby zavádzania nečistôt do polovodičov (Silicon - Si) na kontrolu väčšiny typov nosičov a odporu vrstiev. Atómy dopantu sa difúzne pohybujú z povrchu do kremíka pomocou koncentračného gradientu. Je to prostredníctvom substitučných alebo intersticiálnych difúznych mechanizmov. Pri implantácii iónov sa atómy dopantu silne pridávajú do kremíka vstrekovaním energetického iónového lúča. Difúzia je proces s vysokou teplotou, zatiaľ čo iónová implantácia je proces s nízkou teplotou. Koncentráciu dopantu a hĺbku spojenia je možné riadiť pri implantácii iónov, ale pri difúznom procese sa nedá kontrolovať. Difúzia má izotropný dopantový profil, zatiaľ čo iónová implantácia má anizotropný dopantový profil.

Snímky s láskavým dovolením:

1. Jednoduchá difúzia látky (modrá) v dôsledku koncentračného gradientu cez polopriepustnú membránu (ružová) pomocou Elizabeth2424 (CC BY-SA 3.0)