Rozdíl mezi difuzí a implantací iontů

Difúze vs. implantace iontů
 

Rozdíl mezi difúzí a iontovou implantací lze pochopit, jakmile pochopíte, co je difúze a iontová implantace. Nejprve je třeba zmínit, že difúze a implantace iontů jsou dva termíny vztahující se k polovodičům. Jsou to techniky používané k zavádění dopantových atomů do polovodičů. Tento článek pojednává o dvou procesech, jejich hlavních rozdílech, výhodách a nevýhodách.

Co je difúze?

Difúze je jednou z hlavních technik používaných k zavádění nečistot do polovodičů. Tato metoda zvažuje pohyb dopantu v atomovém měřítku a v podstatě se proces děje jako výsledek koncentračního gradientu. Difúzní proces se provádí v systémech nazývaných „difúzní pece“. Je to docela drahé a velmi přesné.

Existují tři hlavní zdroje příměsí: plynné, kapalné a pevné látky a plynné zdroje jsou jedním z nejvíce používaných v této technice (spolehlivé a pohodlné zdroje: BF₃, PH₃, Popel₃). V tomto procesu zdrojový plyn reaguje s kyslíkem na povrchu destičky, což má za následek oxid dopantu. Dále se rozptyluje do křemíku a vytváří po povrchu rovnoměrnou koncentraci dopantu. Kapalné zdroje jsou k dispozici ve dvou formách: bubblery a rotace na dopantu. Bubbler převádí kapalinu na páru, aby reagovala s kyslíkem a poté vytvořila na povrchu oplatky oxid dopantu. Točení na příměsích jsou roztoky sušící formy dotované SiO₂ vrstvy. Pevné zdroje zahrnují dvě formy: tabletovou nebo granulovanou formu a diskovou nebo oplatkovou formu. Disky z nitridu boritého (BN) jsou nejčastěji používaným pevným zdrojem, který lze oxidovat při 750 - 1100 ⁰C.

Jednoduchá difúze látky (modrá) v důsledku koncentračního gradientu přes polopropustnou membránu (růžová).

Co je to iontová implantace?

Iontová implantace je další technika zavádění nečistot (dopantů) do polovodičů. Je to nízkoteplotní technika. Toto je považováno za alternativu k vysokoteplotní difuzi pro zavádění dopantů. V tomto procesu je paprsek vysoce energetických iontů zaměřen na cílový polovodič. Srážky iontů s atomy mřížky vedou ke zkreslení krystalové struktury. Dalším krokem je žíhání, které je následováno k nápravě problému zkreslení.

Mezi výhody iontové implantační techniky patří přesná kontrola hloubkového profilu a dávkování, méně citlivá na postupy čištění povrchu a má široký výběr materiálů masky, jako je fotorezist, poly-Si, oxidy a kov..

Jaký je rozdíl mezi difuzí a implantací iontů?

• Při difúzi se částice šíří náhodným pohybem z oblastí s vyšší koncentrací do oblastí s nižší koncentrací. Implantace iontu zahrnuje bombardování substrátu ionty, zrychlení na vyšší rychlosti.

• Výhody: Difúze nezpůsobuje žádné poškození a je možná i šaržová výroba. Iontová implantace je nízkoteplotní proces. To vám umožní kontrolovat přesnou dávku a hloubku. Iontová implantace je možná také prostřednictvím tenkých vrstev oxidů a nitridů. Zahrnuje také krátké doby zpracování.

• Nevýhody: Difúze je omezena na rozpustnost v pevné látce a jedná se o vysokoteplotní proces. Mělké křižovatky a nízké dávky jsou obtížným procesem difúze. Implantace iontů zahrnuje další náklady na proces žíhání.

• Difúze má izotropní dopantový profil, zatímco iontová implantace má anisotropní dopantový profil.

Souhrn:

Iontová implantace vs. difúze

Difúze a implantace iontů jsou dva způsoby zavádění nečistot do polovodičů (Silicon - Si), které řídí většinový typ nosiče a rezistivitu vrstev. Při difuzi se atomy dopantu pohybují z povrchu do křemíku pomocí koncentračního gradientu. Je to prostřednictvím substitučních nebo intersticiálních difúzních mechanismů. Při implantaci iontů jsou atomy dopantu přidávány do křemíku vstřikováním energetického iontového paprsku. Difúze je vysokoteplotní proces, zatímco iontová implantace je nízkoteplotní proces. Koncentrace dopantu a hloubka spojení mohou být řízeny iontovou implantací, ale nemohou být kontrolovány difúzním procesem. Difúze má izotropní dopantový profil, zatímco iontová implantace má anisotropní dopantový profil.

Obrázky se svolením:

1. Jednoduchá difúze látky (modrá) v důsledku koncentračního gradientu přes polopropustnou membránu (růžová) pomocí Elizabeth2424 (CC BY-SA 3.0)