Difúzia vs iónová implantácia
Rozdiel medzi difúziou a iónovou implantáciou možno pochopiť, keď pochopíte, čo je difúzia a iónová implantácia. V prvom rade treba spomenúť, že difúzia a iónová implantácia sú dva pojmy súvisiace s polovodičmi. Sú to techniky používané na zavedenie atómov dopantu do polovodičov. Tento článok je o týchto 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 berie do úvahy pohyb dopantu v atómovom meradle a v podstate sa proces deje ako výsledok koncentračného gradientu. Difúzny proces sa uskutočňuje v systémoch nazývaných „difúzne pece“. Je pomerne drahý a veľmi presný.
Existujú tri hlavné zdroje dopantov: plynné, kvapalné a tuhé látky a plynné zdroje sú pri tejto technike najpoužívanejšie (spoľahlivé a pohodlné zdroje: BF3, PH3, AsH3). V tomto procese zdrojový plyn reaguje s kyslíkom na povrchu plátku, čo vedie k vzniku oxidu dopujúceho. Potom difunduje do kremíka a vytvára rovnomernú koncentráciu dopantu po celom povrchu. Kvapalné zdroje sú dostupné v dvoch formách: bubblery a spin on dopant. Bubblery premieňajú kvapalinu na paru, ktorá reaguje s kyslíkom a potom vytvára dopujúci oxid na povrchu plátku. Spin on dopants sú roztoky sušiacej formy dopovaných SiO2 vrstiev. Pevné zdroje zahŕňajú dve formy: tabletovú alebo granulovanú formu a diskovú alebo oblátkovú formu. Kotúče z nitridu bóru (BN) sú najbežnejšie používané pevné zdroje, ktoré možno oxidovať pri 750 – 1100 0C.
Jednoduchá difúzia látky (modrá) vďaka koncentračnému gradientu cez polopriepustnú membránu (ružová).
Čo je iónová implantácia?
Iónová implantácia je ďalšou technikou zavádzania nečistôt (dopantov) do polovodičov. Ide o nízkoteplotnú techniku. Toto sa považuje za alternatívu k vysokoteplotnej difúzii na zavádzanie dopantov. V tomto procese je lúč vysoko energetických iónov nasmerovaný na cieľový polovodič. Zrážky iónov s atómami mriežky majú za následok skreslenie kryštálovej štruktúry. Ďalším krokom je žíhanie, po ktorom nasleduje náprava problému skreslenia.
Niektoré výhody techniky iónovej implantácie zahŕňajú presnú kontrolu hĺbkového profilu a dávkovania, menej citlivú na postupy čistenia povrchu a má široký výber materiálov masky, ako sú fotorezist, poly-Si, oxidy a kov.
Aký je rozdiel medzi difúznou a iónovou implantáciou?
• Pri difúzii sa častice šíria náhodným pohybom z oblastí s vyššou koncentráciou do oblastí s nižšou koncentráciou. Iónová implantácia zahŕňa bombardovanie substrátu iónmi, ktoré sa zrýchľujú na vyššie rýchlosti.
• Výhody: Difúzia nespôsobuje žiadne poškodenie a je možná aj sériová výroba. Implantácia iónov je nízkoteplotný proces. Umožňuje vám kontrolovať presnú dávku a hĺbku. Iónová implantácia je možná aj cez tenké vrstvy oxidov a nitridov. Zahŕňa aj krátke doby spracovania.
• Nevýhody: Difúzia je obmedzená na rozpustnosť v pevnej látke a ide o vysokoteplotný proces. Plytké spojenia a nízke dávky sťažujú proces difúzie. Implantácia iónov zahŕňa dodatočné náklady na proces žíhania.
• Difúzia má izotropný profil dopantu, zatiaľ čo iónová implantácia má profil anizotropného dopantu.
Zhrnutie:
Ionová implantácia vs difúzia
Difúzia a iónová implantácia sú dve metódy zavádzania nečistôt do polovodičov (Kremík – Si) na kontrolu väčšiny typu nosiča a merného odporu vrstiev. Pri difúzii sa atómy dopantu presúvajú z povrchu do kremíka pomocou koncentračného gradientu. Je to prostredníctvom substitučných alebo intersticiálnych difúznych mechanizmov. Pri iónovej implantácii sú atómy dopantu silne pridané do kremíka vstreknutím energetického iónového lúča. Difúzia je vysokoteplotný proces, zatiaľ čo implantácia iónov je nízkoteplotný proces. Koncentrácia dopantu a hĺbka spojenia môžu byť kontrolované pri implantácii iónov, ale nemôžu byť kontrolované v procese difúzie. Difúzia má izotropný profil dopantu, zatiaľ čo iónová implantácia má profil anizotropného dopantu.
