Diffusion vs. ionimplantation
Forskellen mellem diffusion og ionimplantation kan forstås, når du forstår, hvad diffusion og ionimplantation er. Først og fremmest skal det nævnes, at diffusion og ionimplantation er to udtryk relateret til halvledere. Det er de teknikker, der bruges til at indføre dopingatomer i halvledere. Denne artikel handler om de to processer, deres væsentligste forskelle, fordele og ulemper.
Hvad er diffusion?
Diffusion er en af de vigtigste teknikker, der bruges til at indføre urenheder i halvledere. Denne metode tager hensyn til bevægelsen af doteringsmiddel i atomskala, og dybest set sker processen som et resultat af koncentrationsgradienten. Diffusionsprocessen udføres i systemer kaldet "diffusionsovne". Det er ret dyrt og meget præcist.
Der er tre hovedkilder til dopingstoffer: gasformige, flydende og faste stoffer, og de gasformige kilder er den mest udbredte i denne teknik (pålidelige og bekvemme kilder: BF3, PH3, AsH3). I denne proces reagerer kildegassen med oxygen på waferoverfladen, hvilket resulterer i et dopingoxid. Dernæst diffunderer det ind i silicium og danner en ensartet koncentration af dopingmiddel hen over overfladen. Flydende kilder er tilgængelige i to former: bobler og spin-on-doteringsmiddel. Bobler omdanner væske til en damp for at reagere med ilt og derefter til at danne et dopingoxid på waferoverfladen. Spin-on-doteringsmidler er opløsninger af tørring fra dopede SiO2 lag. Faste kilder omfatter to former: tablet- eller granulatform og skive- eller waferform. Bornitrid (BN) skiver er mest almindeligt anvendte faste kilder, der kan oxideres ved 750 – 1100 0C.
Simpel diffusion af et stof (blåt) på grund af en koncentrationsgradient over en semipermeabel membran (lyserød).
Hvad er ionimplantation?
Ionimplantation er en anden teknik til at introducere urenheder (doteringsmidler) til halvledere. Det er en lavtemperaturteknik. Dette betragtes som et alternativ til højtemperaturdiffusion til indføring af dopingmidler. I denne proces rettes en stråle af meget energiske ioner mod målhalvlederen. Ionernes kollisioner med gitteratomerne resulterer i forvrængning af krystalstrukturen. Næste trin er annealing, som følges for at rette op på forvrængningsproblemet.
Nogle fordele ved ionimplantationsteknikken omfatter præcis kontrol af dybdeprofil og dosering, mindre følsom over for overfladerensningsprocedurer, og den har et bredt udvalg af maskematerialer såsom fotoresist, poly-Si, oxider og metal.
Hvad er forskellen mellem diffusion og ionimplantation?
• Ved diffusion spredes partikler gennem tilfældig bevægelse fra områder med højere koncentration til områder med lavere koncentration. Ionimplantation involverer bombardement af substratet med ioner, acceleration til højere hastigheder.
• Fordele: Diffusion skaber ingen skader, og batchfremstilling er også mulig. Ionimplantation er en lavtemperaturproces. Det giver dig mulighed for at kontrollere den præcise dosis og dybden. Ionimplantation er også mulig gennem de tynde lag af oxider og nitrider. Det inkluderer også korte procestider.
• Ulemper: Diffusion er begrænset til faststofopløselighed, og det er en højtemperaturproces. Lave krydsninger og lave doser er vanskelige diffusionsprocessen. Ionimplantation medfører en ekstra omkostning for udglødningsprocessen.
• Diffusion har en isotrop dopantprofil, hvorimod ionimplantation har en anisotrop dopantprofil.
Oversigt:
Ionimplantation vs Diffusion
Diffusion og ionimplantation er to metoder til at introducere urenheder til halvledere (Silicon – Si) for at kontrollere størstedelen af bæreren og lagenes resistivitet. Ved diffusion bevæger dopingatomer sig fra overfladen til silicium ved hjælp af koncentrationsgradienten. Det er via substitutions- eller interstitielle diffusionsmekanismer. Ved ionimplantation tilsættes dopingatomer kraftigt til silicium ved at injicere en energisk ionstråle. Diffusion er en højtemperaturproces, mens ionimplantation er en lavtemperaturproces. Dopantkoncentrationen og forbindelsesdybden kan kontrolleres ved ionimplantation, men den kan ikke kontrolleres i diffusionsprocessen. Diffusion har en isotrop doteringsprofil, hvorimod ionimplantation har en anisotrop doteringsprofil.
