Diffusion vs implantation ionique
La différence entre la diffusion et l'implantation ionique peut être comprise une fois que vous comprenez ce qu'est la diffusion et l'implantation ionique. Tout d'abord, il convient de mentionner que la diffusion et l'implantation ionique sont deux termes liés aux semi-conducteurs. Ce sont les techniques utilisées pour introduire des atomes dopants dans les semi-conducteurs. Cet article porte sur les deux processus, leurs principales différences, avantages et inconvénients.
Qu'est-ce que la diffusion ?
La diffusion est l'une des principales techniques utilisées pour introduire des impuretés dans les semi-conducteurs. Cette méthode considère le mouvement du dopant à l'échelle atomique et, fondamentalement, le processus se produit en raison du gradient de concentration. Le processus de diffusion est réalisé dans des systèmes appelés « fours à diffusion ». C'est assez cher et très précis.
Il existe trois sources principales de dopants: gazeux, liquides et solides et les sources gazeuses sont les plus largement utilisées dans cette technique (Sources fiables et pratiques: BF3, PH3, AsH3). Dans ce processus, le gaz source réagit avec l'oxygène sur la surface de la plaquette, ce qui donne un oxyde dopant. Ensuite, il se diffuse dans le silicium, formant une concentration de dopant uniforme sur toute la surface. Les sources liquides sont disponibles sous deux formes: barboteurs et spin on dopant. Les barboteurs convertissent le liquide en vapeur pour réagir avec l'oxygène, puis pour former un oxyde dopant sur la surface de la tranche. Les dopants de spin on sont des solutions de séchage sous forme de couches dopées de SiO2. Les sources solides comprennent deux formes: la forme de comprimé ou de granulés et la forme de disque ou de plaquette. Les disques de nitrure de bore (BN) sont la source solide la plus couramment utilisée qui peut être oxydée à 750 – 1100 0C.
Diffusion simple d'une substance (bleu) due à un gradient de concentration à travers une membrane semi-perméable (rose).
Qu'est-ce que l'implantation ionique ?
L'implantation ionique est une autre technique d'introduction d'impuretés (dopants) dans les semi-conducteurs. C'est une technique à basse température. Ceci est considéré comme une alternative à la diffusion à haute température pour l'introduction de dopants. Dans ce processus, un faisceau d'ions hautement énergétiques est dirigé vers le semi-conducteur cible. Les collisions des ions avec les atomes du réseau entraînent la distorsion de la structure cristalline. L'étape suivante est le recuit, qui est suivi pour corriger le problème de distorsion.
Certains avantages de la technique d'implantation ionique incluent un contrôle précis du profil de profondeur et du dosage, moins sensible aux procédures de nettoyage de surface, et il dispose d'un large choix de matériaux de masque tels que la résine photosensible, le poly-Si, les oxydes et le métal.
Quelle est la différence entre la diffusion et l'implantation ionique ?
• En diffusion, les particules se propagent par un mouvement aléatoire des régions à plus forte concentration vers les régions à plus faible concentration. L'implantation ionique implique le bombardement du substrat avec des ions, accélérant à des vitesses plus élevées.
• Avantages: la diffusion ne crée aucun dommage et la fabrication par lots est également possible. L'implantation ionique est un processus à basse température. Il vous permet de contrôler la dose précise et la profondeur. L'implantation ionique est également possible à travers les couches minces d'oxydes et de nitrures. Cela inclut également des temps de traitement courts.
• Inconvénients: la diffusion est limitée à la solubilité solide et c'est un processus à haute température. Les jonctions peu profondes et les faibles dosages rendent difficile le processus de diffusion. L'implantation ionique implique un coût supplémentaire pour le processus de recuit.
• La diffusion a un profil dopant isotrope tandis que l'implantation ionique a un profil dopant anisotrope.
Résumé:
Implantation ionique vs Diffusion
La diffusion et l'implantation ionique sont deux méthodes d'introduction d'impuretés dans les semi-conducteurs (Silicium – Si) pour contrôler le type majoritaire de porteur et la résistivité des couches. En diffusion, les atomes dopants se déplacent de la surface vers le silicium au moyen du gradient de concentration. C'est via des mécanismes de diffusion substitutionnels ou interstitiels. Dans l'implantation ionique, des atomes dopants sont ajoutés avec force dans le silicium en injectant un faisceau d'ions énergétiques. La diffusion est un processus à haute température tandis que l'implantation ionique est un processus à basse température. La concentration de dopant et la profondeur de jonction peuvent être contrôlées dans l'implantation ionique, mais elles ne peuvent pas être contrôlées dans le processus de diffusion. La diffusion a un profil de dopant isotrope alors que l'implantation ionique a un profil de dopant anisotrope.
