Unterschied zwischen Ionenimplantation und Diffusion
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Hauptunterschied - Ionenimplantation vs. Diffusion
Die Begriffe Ionenimplantation und Diffusion beziehen sich auf Halbleiter. Dies sind zwei Prozesse bei der Herstellung von Halbleitern. Die Ionenimplantation ist ein grundlegender Prozess zur Herstellung von Mikrochips. Es ist ein Tieftemperaturprozess, der die Beschleunigung von Ionen eines bestimmten Elements in Richtung eines Ziels einschließt und die chemischen und physikalischen Eigenschaften des Ziels verändert. Diffusion kann als Bewegung von Verunreinigungen innerhalb einer Substanz definiert werden. Es ist die Hauptmethode, um Verunreinigungen in Halbleiter einzuführen. Der Hauptunterschied zwischen Ionenimplantation und Diffusion ist der Die Ionenimplantation ist isotrop und sehr gerichtet, während die Diffusion isotrop ist und seitliche Diffusion beinhaltet.
Wichtige Bereiche
1. Was ist Ionenimplantation?
- Definition, Theorie, Technik, Vorteile
2. Was ist Diffusion?
- Definition, Prozess
3. Was ist der Unterschied zwischen Ionenimplantation und Diffusion
- Vergleich der wichtigsten Unterschiede
Schlüsselbegriffe: Atom, Diffusion, Dotierstoff, Dotierung, Ionen, Ionenimplantation, Halbleiter
Was ist Ionenimplantation?
Die Ionenimplantation ist ein Niedertemperaturprozess, mit dem die chemischen und physikalischen Eigenschaften eines Materials geändert werden. Dieser Prozess beinhaltet die Beschleunigung von Ionen eines bestimmten Elements zu einem Ziel, um die chemischen und physikalischen Eigenschaften des Ziels zu verändern. Diese Technik wird hauptsächlich bei der Herstellung von Halbleitervorrichtungen verwendet.
Beschleunigte Ionen können die Zusammensetzung des Targets verändern (wenn diese Ionen aufhören und im Target bleiben). Die physikalischen und chemischen Veränderungen des Targets sind das Ergebnis eines Auftreffens der Ionen mit hoher Energie.
Ionenimplantationstechnik
Ionenimplantationsgeräte sollten eine Ionenquelle enthalten. Diese Ionenquelle erzeugt Ionen des gewünschten Elements. Ein Beschleuniger wird verwendet, um die Ionen elektrostatisch auf eine hohe Energie zu beschleunigen. Diese Ionen treffen auf das Target, das zu implantierende Material ist. Jedes Ion ist entweder ein Atom oder ein Molekül. Die Menge der auf dem Ziel implantierten Ionen wird als Dosis bezeichnet. Da jedoch der für die Implantation zugeführte Strom gering ist, ist auch die Dosis, die zu einem bestimmten Zeitraum implantiert werden kann, gering. Daher wird diese Technik dort eingesetzt, wo kleinere chemische Veränderungen erforderlich sind.
Eine Hauptanwendung der Ionenimplantation ist das Dotieren von Halbleitern. Dotieren ist das Konzept, bei dem Verunreinigungen in einen Halbleiter eingebracht werden, um die elektrischen Eigenschaften des Halbleiters zu verändern.
Abbildung 1: Eine Ionenimplantationsmaschine
Vorteile der Ionenimplantationstechnik
Die Vorteile der Ionenimplantation umfassen eine genaue Kontrolle der Dosis und der Tiefe des Profils / der Implantation. Es ist ein Niedertemperaturprozess, so dass keine hitzebeständigen Geräte erforderlich sind. Weitere Vorteile sind eine große Auswahl an Maskierungsmaterialien (aus denen Ionen hergestellt werden) und eine hervorragende Gleichmäßigkeit der seitlichen Dosis.
Was ist Diffusion?
Diffusion kann als Bewegung von Verunreinigungen innerhalb einer Substanz definiert werden. Die Substanz nennen wir hier Halbleiter. Diese Technik basiert auf dem Konzentrationsgradienten einer sich bewegenden Substanz. Daher ist es unbeabsichtigt. Aber manchmal wird die Diffusion absichtlich durchgeführt. Dies wird in einem System durchgeführt, das als Diffusionsofen bezeichnet wird.
Dotierstoff ist eine Substanz, die zur Erzeugung einer gewünschten elektrischen Eigenschaft in einem Halbleiter verwendet wird. Es gibt drei Hauptformen von Dotierstoffen: Gase, Flüssigkeiten, Feststoffe. Gasförmige Dotierstoffe werden jedoch häufig in der Diffusionstechnik verwendet. Einige Beispiele für Gasquellen sind AsH3, PH3, und B2H6.
Diffusionsprozess
Es gibt zwei Hauptschritte der Diffusion wie folgt. Diese Schritte werden verwendet, um dotierte Regionen zu erstellen.
Vorabscheidung (zur Dosissteuerung)
In diesem Schritt werden gewünschte Dotierstoffatome kontrolliert durch Methoden wie Gasphasendiffusionen und Festphasendiffusionen in das Target eingeführt.
Abbildung 2: Einführung des Dotierstoffs
Drive-In (zur Profilsteuerung)
In diesem Schritt werden die eingebrachten Dotierstoffe tiefer in die Substanz getrieben, ohne weitere Dotierstoffatome einzuführen.
Unterschied zwischen Ionenimplantation und Diffusion
Definition
Ionenimplantation: Die Ionenimplantation ist ein Niedertemperaturprozess, mit dem die chemischen und physikalischen Eigenschaften eines Materials geändert werden.
Diffusion: Diffusion kann als Bewegung von Verunreinigungen innerhalb einer Substanz definiert werden.
Natur des Prozesses
Ionenimplantation: Die Ionenimplantation ist isotrop und sehr direktional.
Diffusion: Die Diffusion ist isotrop und umfasst hauptsächlich die seitliche Diffusion.
Temperaturanforderung
Ionenimplantation: Die Ionenimplantation erfolgt bei niedrigen Temperaturen.
Diffusion: Die Diffusion erfolgt bei hohen Temperaturen.
Steuerung des Dotierstoffs
Ionenimplantation: Die Dotierstoffmenge kann bei Ionenimplantationen gesteuert werden.
Diffusion: Die Dotierstoffmenge kann bei der Diffusion nicht kontrolliert werden.
Beschädigung
Ionenimplantation: Die Ionenimplantation kann manchmal die Oberfläche des Ziels beschädigen.
Diffusion: Durch Diffusion wird die Oberfläche des Ziels nicht beschädigt.
Kosten
Ionenimplantation: Die Ionenimplantation ist teurer, weil sie spezifischere Ausrüstung erfordert.
Diffusion: Diffusion ist im Vergleich zur Ionenimplantation weniger kostspielig.
Fazit
Ionenimplantation und -diffusion sind zwei Techniken, die bei der Herstellung von Halbleitern mit einigen anderen Materialien verwendet werden. Der Hauptunterschied zwischen Ionenimplantation und Diffusion besteht darin, dass die Ionenimplantation isotrop und sehr gerichtet ist, wohingegen die Diffusion isotrop ist und eine seitliche Diffusion vorliegt.
Referenz:
1. „Ionenimplantation“. Wikipedia, Wikimedia Foundation, 11. Januar 2018, hier verfügbar.
2. Ionenimplantation gegen thermische Diffusion. JHAT, hier erhältlich.
Bildhöflichkeit:
1. "Ionenimplantationsmaschine am LAAS 0521" von Guillaume Paumier (Benutzer: guillom) - Eigene Arbeit (CC BY-SA 3.0) über Commons Wikimedia
2. "MOSFET-Herstellung - 1-n-Well-Diffusion" von Inductiveload - Eigene Arbeit (Public Domain) über Commons Wikimedia
