Diffusjon vs ionimplantasjon
Forskjellen mellom diffusjon og ioneimplantasjon kan forstås når du forstår hva diffusjon og ioneimplantasjon er. Først og fremst bør det nevnes at diffusjon og ioneimplantasjon er to begreper knyttet til halvledere. De er teknikkene som brukes for å introdusere dopingatomer i halvledere. Denne artikkelen handler om de to prosessene, deres viktigste forskjeller, fordeler og ulemper.
Hva er diffusjon?
Diffusjon er en av hovedteknikkene som brukes for å introdusere urenheter i halvledere. Denne metoden tar i betraktning bevegelsen av dopingmiddel i atomskala, og i utgangspunktet skjer prosessen som et resultat av konsentrasjonsgradienten. Diffusjonsprosessen utføres i systemer som kalles "diffusjonsovner". Det er ganske dyrt og veldig nøyaktig.
Det er tre hovedkilder til dopingstoffer: gassformige, flytende og faste stoffer, og gasskildene er den som er mest brukt i denne teknikken (pålitelige og praktiske kilder: BF3, PH3, AsH3). I denne prosessen reagerer kildegassen med oksygen på waferoverflaten, noe som resulterer i et dopingoksid. Deretter diffunderer det inn i silisium, og danner en jevn dopemiddelkonsentrasjon over overflaten. Væskekilder er tilgjengelige i to former: bobler og spinn på dopingmiddel. Bobler omdanner væske til en damp for å reagere med oksygen og deretter danne et dopingoksid på waferoverflaten. Spin on dopingmidler er løsninger av tørking fra dopet SiO2 lag. Faste kilder inkluderer to former: tablett eller granulær form og skive eller wafer form. Bornitrid (BN)-skiver er mest brukte faste kilder som kan oksideres ved 750 – 1100 0C.
Enkel diffusjon av et stoff (blått) på grunn av en konsentrasjonsgradient over en semi-permeabel membran (rosa).
Hva er ionimplantasjon?
Ioneimplantasjon er en annen teknikk for å introdusere urenheter (dopanter) til halvledere. Det er en lavtemperaturteknikk. Dette anses som et alternativ til høytemperaturdiffusjon for å introdusere dopingmidler. I denne prosessen rettes en stråle av svært energiske ioner mot målhalvlederen. Kollisjonene mellom ionene og gitteratomene resulterer i forvrengning av krystallstrukturen. Neste trinn er gløding, som følges for å rette opp forvrengningsproblemet.
Noen fordeler med ioneimplantasjonsteknikken inkluderer presis kontroll av dybdeprofil og dosering, mindre følsom for overflaterengjøringsprosedyrer, og den har et bredt utvalg av maskematerialer som fotoresist, poly-Si, oksider og metall.
Hva er forskjellen mellom diffusjon og ionimplantasjon?
• Ved diffusjon spres partikler gjennom tilfeldig bevegelse fra områder med høyere konsentrasjon til områder med lavere konsentrasjon. Ioneimplantasjon innebærer bombardement av substratet med ioner, akselererende til høyere hastigheter.
• Fordeler: Diffusjon skaper ingen skade, og batchfabrikasjon er også mulig. Ioneimplantasjon er en lavtemperaturprosess. Den lar deg kontrollere den nøyaktige dosen og dybden. Ioneimplantasjon er også mulig gjennom de tynne lagene av oksider og nitrider. Det inkluderer også korte prosesstider.
• Ulemper: Diffusjon er begrenset til fast løselighet, og det er en prosess med høy temperatur. Grunne veikryss og lave doser er vanskelig diffusjonsprosessen. Ioneimplantasjon innebærer en ekstra kostnad for glødeprosessen.
• Diffusjon har en isotropisk dopingprofil, mens ionimplantasjon har en anisotropisk dopingprofil.
Sammendrag:
Ioneimplantasjon vs diffusjon
Diffusjon og ioneimplantasjon er to metoder for å introdusere urenheter til halvledere (Silisium – Si) for å kontrollere hoveddelen av bæreren og resistiviteten til lagene. Ved diffusjon beveger dopingatomer seg fra overflaten til silisium ved hjelp av konsentrasjonsgradienten. Det er via substitusjonelle eller interstitielle diffusjonsmekanismer. Ved ioneimplantasjon tilsettes dopingatomer kraftig til silisium ved å injisere en energisk ionestråle. Diffusjon er en høytemperaturprosess mens ioneimplantasjon er en lavtemperaturprosess. Dopantkonsentrasjonen og koblingsdybden kan kontrolleres ved ioneimplantasjon, men den kan ikke kontrolleres i diffusjonsprosessen. Diffusjon har en isotropisk dopingprofil, mens ionimplantasjon har en anisotropisk dopingprofil.
