Дифузия срещу йонна имплантация
Разликата между дифузия и йонна имплантация може да бъде разбрана, след като разберете какво е дифузия и йонна имплантация. На първо място, трябва да се спомене, че дифузията и йонната имплантация са два термина, свързани с полупроводниците. Те са техниките, използвани за въвеждане на допантни атоми в полупроводници. Тази статия е за двата процеса, техните основни разлики, предимства и недостатъци.
Какво е дифузия?
Дифузията е една от основните техники, използвани за въвеждане на примеси в полупроводниците. Този метод разглежда движението на добавката в атомен мащаб и по същество процесът се случва в резултат на концентрационния градиент. Процесът на дифузия се извършва в системи, наречени „дифузионни пещи“. Той е доста скъп и много точен.
Има три основни източника на добавки: газообразни, течни и твърди вещества и газообразните източници са най-широко използваните в тази техника (Надеждни и удобни източници: BF3, PH3, AsH3). В този процес изходният газ реагира с кислорода на повърхността на пластината, което води до добавка оксид. След това той дифундира в силиций, образувайки еднаква концентрация на добавка по цялата повърхност. Течните източници се предлагат в две форми: барботиращи и центрофугиращи добавки. Барботерите превръщат течността в пара, за да реагират с кислорода и след това да образуват добавка оксид върху повърхността на вафлата. Въртящите се допанти са разтвори на изсъхнали допирани SiO2 слоеве. Твърдите източници включват две форми: таблетка или гранулирана форма и форма на диск или вафла. Дисковете от борен нитрид (BN) са най-често използваният твърд източник, който може да се окислява при 750 – 1100 0C.
Проста дифузия на вещество (синьо) поради градиент на концентрация през полупропусклива мембрана (розово).
Какво е йонна имплантация?
Йонната имплантация е друга техника за въвеждане на примеси (допанти) в полупроводниците. Това е нискотемпературна техника. Това се счита за алтернатива на високотемпературната дифузия за въвеждане на добавки. При този процес лъч от високоенергични йони се насочва към целевия полупроводник. Сблъсъците на йоните с атомите на решетката водят до изкривяване на кристалната структура. Следващата стъпка е отгряване, което се следва, за да се коригира проблемът с изкривяването.
Някои предимства на техниката за имплантиране на йони включват прецизен контрол на профила на дълбочината и дозировката, по-малко чувствителни към процедурите за почистване на повърхността и има широк избор от материали за маски като фоторезист, поли-Si, оксиди и метал.
Каква е разликата между дифузия и йонна имплантация?
• При дифузия частиците се разпространяват чрез произволно движение от региони с по-висока концентрация към региони с по-ниска концентрация. Йонната имплантация включва бомбардиране на субстрата с йони, ускоряващи се до по-високи скорости.
• Предимства: Дифузията не създава щети и също е възможно партидно производство. Йонната имплантация е нискотемпературен процес. Позволява ви да контролирате точната доза и дълбочината. Йонна имплантация е възможна и през тънките слоеве от оксиди и нитриди. Той също така включва кратки времена за обработка.
• Недостатъци: Дифузията е ограничена до твърда разтворимост и е процес с висока температура. Плитките съединения и ниските дози затрудняват процеса на дифузия. Йонната имплантация включва допълнителни разходи за процеса на отгряване.
• Дифузията има изотропен добавъчен профил, докато йонната имплантация има анизотропен добавъчен профил.
Резюме:
Йонна имплантация срещу дифузия
Дифузията и йонната имплантация са два метода за въвеждане на примеси в полупроводници (силиций – Si) за контролиране на основния тип носител и съпротивлението на слоевете. При дифузия атомите на добавката се преместват от повърхността в силиций посредством концентрационния градиент. Това е чрез механизми на заместваща или интерстициална дифузия. При йонна имплантация атомите на добавката се добавят силно към силиция чрез инжектиране на енергиен йонен лъч. Дифузията е процес с висока температура, докато имплантирането на йони е процес с ниска температура. Концентрацията на добавката и дълбочината на съединението могат да се контролират при йонна имплантация, но не могат да се контролират в процеса на дифузия. Дифузията има изотропен профил на добавка, докато йонната имплантация има анизотропен профил на добавка.
