Разлика между дифузия и йонна имплантация

Дифузия срещу йонна имплантация
 

Разликата между дифузионна 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 йонното имплантиране са два термина, свързани с полупроводници. 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 полупроводници. Този метод отчита движението на допанта в атомния мащаб и в общи линии процесът се случва в резултат на концентрационния градиент. Процесът на дифузия се осъществява в системи, наречени „дифузионни пещи". Тя е доста скъпа и много точна.

Има три основни източника на допанти: газообразни, течни и твърди вещества и газообразни източници са един от най-широко използваните в тази техника (Надеждни и удобни източници: BF₃, PH₃, пепел₃). При този процес изходният газ реагира с кислорода върху повърхността на вафлата, което води до добавка на оксид. На следващо място, тя се дифундира в Силиций, образувайки равномерна концентрация на лепило по цялата повърхност. Течни източници се предлагат в две форми: балончета и въртене на допант. Мехурчетата превръщат течността в пара, за да реагират с кислород и след това да образуват добавка оксид върху повърхността на вафлата. Завъртане върху допанти са разтвори на сушилна форма, легирана SiO₂ слоеве. Твърди източници включват две форми: таблетна или гранулирана форма и диск или вафлена форма. Дисковете с бор нитрид (BN) са най-често използваният твърд източник, който може да се окисли при 750 - 1100 ⁰° С.

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 полупроводници. Това е техника с ниска температура. Това се счита за алтернатива на диффузията с висока температура за въвеждане на добавки. В този процес лъч високоенергични йони е насочен към целевия полупроводник. Сблъсъците на йони с решетъчните атоми водят до изкривяване на кристалната структура. Следващата стъпка е отгряване, което се следва, за да се отстрани проблемът с изкривяването.

Някои предимства на техниката на йонна имплантация включват прецизен контрол на профила и дозировката на дълбочината, по-малко чувствителни към процедурите за почистване на повърхността и имат богат 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 в региони с по-ниска концентрация. Йонната имплантация включва бомбардиране на субстрата с йони, ускоряване до по-високи скорости.

• Предимства: Дифузията не създава повреди и също е възможно да се произведе партида. Йонната имплантация е процес с ниска температура. Тя ви позволява да контролирате точната доза и дълбочината. Йонна имплантация е възможна и чрез тънките слоеве оксиди и нитриди. Включва и кратки времена на процеса.

• Недостатъци: Дифузията е ограничена до твърда разтворимост и това е високотемпературен процес. Плитките кръстовища и ниските дози затрудняват процеса на дифузия. Йонната имплантация включва допълнителен разход за процеса на отгряване.

• Дифузията има профил на изотропна допанта, докато йонната имплантация има анизотропен допиращ профил.

Резюме:

Йонна имплантация срещу дифузия

Дифузията и йонната имплантация са два метода за въвеждане на примеси в полупроводници (Silicon - Si) за контрол на мажоритарния тип носител и съпротивлението на слоевете. При дифузия допантните атоми се придвижват от повърхността в Силиций с помощта на концентрационния градиент. Това става чрез заместващи или интерстициални дифузионни механизми. При йонна имплантация допантните атоми се прибавят насила в Силиция чрез инжектиране на енергиен йонен лъч. Дифузията е високотемпературен процес, докато йонната имплантация е процес с ниска температура. Концентрацията на допанта и дълбочината на съединението могат да бъдат контролирани при йонна имплантация, но не могат да бъдат контролирани в процеса на дифузия. Дифузията има изотропен профил на допант, докато йонната имплантация има анизотропен допантан профил.

С любезност на изображенията:

1. Проста дифузия на вещество (синьо) поради градиент на концентрация през полупропусклива мембрана (розов) от Elizabeth2424 (CC BY-SA 3.0)