Unterschied zwischen Diffusion und Ionenimplantation
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Diffusion vs. Ionenimplantation
Der Unterschied zwischen Diffusion und Ionenimplantation kann verstanden werden, sobald Sie verstanden haben, was Diffusion und Ionenimplantation ist. Zunächst ist zu erwähnen, dass Diffusion und Ionenimplantation zwei Begriffe sind, die sich auf Halbleiter beziehen. Dies sind die Techniken, mit denen Dotierstoffatome in Halbleiter eingeführt werden. In diesem Artikel geht es um die beiden Prozesse, ihre wichtigsten Unterschiede, Vor- und Nachteile.
Was ist Diffusion??
Die Diffusion ist eine der wichtigsten Techniken, um Fremdstoffe in Halbleiter einzuführen. Diese Methode berücksichtigt die Bewegung des Dotierstoffs im atomaren Maßstab und im Wesentlichen geschieht der Prozess als Ergebnis des Konzentrationsgradienten. Der Diffusionsprozess wird in Systemen durchgeführt, die als „Diffusionsöfen”. Es ist ziemlich teuer und sehr genau.
Es gibt drei Hauptquellen für Dotierstoffe: gasförmig, flüssig und fest und gasförmige Quellen sind die am häufigsten in dieser Technik verwendeten (zuverlässige und bequeme Quellen: BF3, PH3, Asche3). Bei diesem Prozess reagiert das Quellgas mit Sauerstoff auf der Waferoberfläche, was zu einem Dotierstoffoxid führt. Als nächstes diffundiert es in Silizium und bildet eine einheitliche Dotierstoffkonzentration über die Oberfläche. Flüssige Quellen gibt es in zwei Formen: Bubbler und Spin-On-Dotierstoff. Bubbler wandeln Flüssigkeit in Dampf um, um mit Sauerstoff zu reagieren und dann ein Dotierstoffoxid auf der Waferoberfläche zu bilden. Spin-on-Dotierstoffe sind Lösungen von trocknendem, dotiertem SiO2 Schichten. Feste Quellen umfassen zwei Formen: Tabletten- oder Granulatform und Scheiben- oder Waferform. Bornitrid-Scheiben (BN-Scheiben) werden am häufigsten als Feststoffquelle verwendet, die bei 750 - 1100 oxidiert werden können 0C.
Einfache Diffusion einer Substanz (blau) aufgrund eines Konzentrationsgradienten durch eine semipermeable Membran (pink).
Was ist Ionenimplantation??
Die Ionenimplantation ist eine weitere Technik zum Einbringen von Verunreinigungen (Dotierstoffen) in Halbleiter. Es ist eine Tieftemperaturtechnik. Dies wird als Alternative zur Hochtemperaturdiffusion zum Einbringen von Dotierstoffen angesehen. Bei diesem Prozess wird ein Strahl von hochenergetischen Ionen auf den Zielhalbleiter gerichtet. Die Stöße der Ionen mit den Gitteratomen führen zu einer Verzerrung der Kristallstruktur. Der nächste Schritt ist das Tempern, mit dem das Verzerrungsproblem behoben wird.
Einige Vorteile der Ionenimplantationstechnik umfassen eine präzise Steuerung des Tiefenprofils und der Dosierung, die für Oberflächenreinigungsverfahren weniger empfindlich sind, und es gibt eine große Auswahl an Maskenmaterialien wie Photoresist, Poly-Si, Oxiden und Metall.
Was ist der Unterschied zwischen Diffusion und Ionenimplantation??
• Bei der Diffusion werden Partikel durch zufällige Bewegungen von Regionen mit höherer Konzentration zu Regionen mit niedriger Konzentration verteilt. Bei der Ionenimplantation wird das Substrat mit Ionen beschossen, was zu höheren Geschwindigkeiten führt.
• Vorteile: Durch Diffusion entstehen keine Schäden, und auch eine Serienfertigung ist möglich. Ionenimplantation ist ein Niedertemperaturprozess. Sie können die genaue Dosis und die Tiefe steuern. Ionenimplantation ist auch durch die dünnen Schichten von Oxiden und Nitriden möglich. Es beinhaltet auch kurze Prozesszeiten.
• Nachteile: Die Diffusion beschränkt sich auf die Löslichkeit von Feststoffen und ist ein Hochtemperaturprozess. Flache Übergänge und niedrige Dosierungen sind beim Diffusionsprozess schwierig. Die Ionenimplantation verursacht zusätzliche Kosten für den Glühprozess.
• Diffusion hat ein isotropes Dotierstoffprofil, wohingegen die Ionenimplantation ein anisotropes Dotierstoffprofil hat.
Zusammenfassung:
Ionenimplantation vs. Diffusion
Diffusion und Ionenimplantation sind zwei Methoden zum Einbringen von Verunreinigungen in Halbleiter (Silizium-Si), um den Majoritätstyp des Trägers und den spezifischen Widerstand der Schichten zu steuern. Bei der Diffusion bewegen sich Dotierstoffatome mit Hilfe des Konzentrationsgradienten von der Oberfläche in das Silizium. Es erfolgt über Substitutions- oder interstitielle Diffusionsmechanismen. Bei der Ionenimplantation werden Dotierstoffatome durch Injizieren eines energetischen Ionenstrahls kraftvoll in das Silizium eingebracht. Diffusion ist ein Hochtemperaturprozess, während die Ionenimplantation ein Niedertemperaturprozess ist. Die Dotierstoffkonzentration und die Übergangstiefe können bei der Ionenimplantation gesteuert werden, im Diffusionsprozess jedoch nicht. Die Diffusion hat ein isotropes Dotierstoffprofil, während die Ionenimplantation ein anisotropes Dotierstoffprofil hat.
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