Diferença entre difusão e implante de íons

Implantação Difusão vs Íon
 

A diferença entre difusão e implantação de íons pode ser entendida quando você entender o que é difusão e implantação de íons. Antes de tudo, deve-se mencionar que difusão e implantação de íons são dois termos relacionados a semicondutores. São as técnicas usadas para introduzir átomos dopantes em semicondutores. Este artigo é sobre os dois processos, suas principais diferenças, vantagens e desvantagens.

O que é difusão?

A difusão é uma das principais técnicas usadas para introduzir impurezas nos semicondutores. Este método considera o movimento do dopante em escala atômica e, basicamente, o processo ocorre como resultado do gradiente de concentração. O processo de difusão é realizado em sistemas chamados “fornos de difusão”. É bastante caro e muito preciso.

tem três principais fontes de dopantes: gasosos, líquidos e sólidos e os fontes gasosas são os mais utilizados nesta técnica (fontes confiáveis ​​e convenientes: BF₃, PH₃, Cinza₃) Nesse processo, o gás de origem reage com o oxigênio na superfície da bolacha, resultando em um óxido dopante. Em seguida, difunde-se em silício, formando uma concentração uniforme de dopante na superfície. Fontes líquidas estão disponíveis em duas formas: borbulhadores e giram em dopante. Os borbulhantes convertem o líquido em vapor para reagir com o oxigênio e formar um óxido dopante na superfície da bolacha. Spin on dopants são soluções de SiO dopado em forma de secagem₂ camadas. Fontes sólidas inclua duas formas: forma de comprimido ou granular e forma de disco ou bolacha. Os discos de nitreto de boro (BN) são a fonte sólida mais comumente usada que pode ser oxidada entre 750 e 1100 ^{0 0}C.

Difusão simples de uma substância (azul) devido a um gradiente de concentração através de uma membrana semi-permeável (rosa).

O que é Implantação de Íons?

O implante de íons é outra técnica de introdução de impurezas (dopantes) nos semicondutores. É uma técnica de baixa temperatura. Isso é considerado uma alternativa à difusão em alta temperatura para a introdução de dopantes. Nesse processo, um feixe de íons altamente energéticos é direcionado para o semicondutor alvo. As colisões dos íons com os átomos da rede resultam na distorção da estrutura cristalina. O próximo passo é o recozimento, que é seguido para corrigir o problema de distorção.

Algumas vantagens da técnica de implantação de íons incluem controle preciso do perfil e dosagem de profundidade, menos sensíveis aos procedimentos de limpeza de superfície, e possui uma ampla seleção de materiais de máscara, como fotorresistente, poli-Si, óxidos e metais.

Qual é a diferença entre Difusão e Implantação de Íons?

• Na difusão, as partículas são espalhadas por movimento aleatório de regiões de maior concentração para regiões de menor concentração. O implante de íons envolve o bombardeio do substrato com íons, acelerando para velocidades mais altas.

• Vantagens: A difusão não causa danos e a fabricação em lotes também é possível. A implantação de íons é um processo de baixa temperatura. Permite controlar a dose precisa e a profundidade. O implante de íons também é possível através das finas camadas de óxidos e nitretos. Também inclui curtos tempos de processo.

• Desvantagens: A difusão é limitada à solubilidade do sólido e é um processo de alta temperatura. Junções rasas e baixas dosagens são difíceis no processo de difusão. A implantação de íons envolve um custo adicional para o processo de recozimento.

• A difusão tem um perfil dopante isotrópico, enquanto a implantação de íons tem um perfil dopante anisotrópico.

Resumo:

Implantação de Íons vs Difusão

Difusão e implantação de íons são dois métodos de introdução de impurezas nos semicondutores (Silício - Si) para controlar o tipo majoritário do transportador e a resistividade das camadas. Na difusão, os átomos contaminantes movem-se da superfície para o silício por meio do gradiente de concentração. É através de mecanismos de difusão intersticiais ou substitucionais. Na implantação de íons, os átomos contaminantes são adicionados com força ao silicone injetando um feixe de íons energético. A difusão é um processo de alta temperatura, enquanto a implantação de íons é um processo de baixa temperatura. A concentração de dopante e a profundidade da junção podem ser controladas na implantação de íons, mas não podem ser controladas no processo de difusão. A difusão tem um perfil dopante isotrópico, enquanto a implantação de íons tem um perfil dopante anisotrópico.

Cortesia de imagens:

1. Difusão simples de uma substância (azul) devido a um gradiente de concentração através de uma membrana semi-permeável (rosa) por Elizabeth2424 (CC BY-SA 3.0)