Difusão vs Implantação de Íons
A diferença entre difusão e implantação iônica pode ser compreendida quando você entende o que é difusão e implantação iônica. Em primeiro lugar, 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 utilizadas para introduzir impurezas em semicondutores. Este método considera o movimento do dopante em escala atômica e, basicamente, o processo ocorre em função do gradiente de concentração. O processo de difusão é realizado em sistemas chamados “fornos de difusão”. É bastante caro e muito preciso.
Existem três fontes principais de dopantes: gasosa, líquida e sólida e as fontes gasosas são as mais utilizadas nesta técnica (Fontes confiáveis e convenientes: BF3, PH3, AsH3). Neste processo, o gás de origem reage com o oxigênio na superfície do wafer, resultando em um óxido dopante. Em seguida, ele se difunde no Silício, formando uma concentração uniforme de dopante em toda a superfície. As fontes líquidas estão disponíveis em duas formas: borbulhantes e spin on dopante. Os borbulhadores convertem o líquido em vapor para reagir com o oxigênio e, em seguida, para formar um óxido dopante na superfície do wafer. Os dopantes spin on são soluções de secagem de forma dopada de SiO2 camadas. As fontes sólidas incluem duas formas: forma de comprimido ou granulado e forma de disco ou wafer. Discos de nitreto de boro (BN) são a fonte sólida mais comumente usada que pode ser oxidada em 750 – 1100 0C.
Difusão simples de uma substância (azul) devido a um gradiente de concentração através de uma membrana semipermeável (rosa).
O que é Implantação de Íons?
Ion implantação é outra técnica de introdução de impurezas (dopantes) para semicondutores. É uma técnica de baixa temperatura. Isto é considerado como uma alternativa à difusão de alta temperatura para a introdução de dopantes. Neste processo, um feixe de íons altamente energéticos é direcionado ao 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 iônica incluem o controle preciso do perfil de profundidade e dosagem, menos sensível aos procedimentos de limpeza da superfície, e possui uma ampla seleção de materiais de máscara como fotorresistente, poli-Si, óxidos e metal.
Qual é a diferença entre Difusão e Implantação de Íons?
• Na difusão, as partículas são espalhadas através de movimento aleatório de regiões de maior concentração para regiões de menor concentração. A implantação de íons envolve o bombardeio do substrato com íons, acelerando para velocidades mais altas.
• Vantagens: A difusão não causa danos e a fabricação em lote também é possível. A implantação de íons é um processo de baixa temperatura. Ele permite que você controle a dose precisa e a profundidade. A implantação de íons também é possível através das finas camadas de óxidos e nitretos. Também inclui tempos de processo curtos.
• Desvantagens: A difusão é limitada à solubilidade sólida e é um processo de alta temperatura. Junções rasas e baixas dosagens dificultam o 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 iônica tem um perfil dopante anisotrópico.
Resumo:
Implantação vs Difusão
Difusão e implantação iônica são dois métodos de introdução de impurezas em semicondutores (Silício – Si) para controlar o tipo majoritário do carreador e a resistividade das camadas. Na difusão, os átomos dopantes se movem da superfície para o silício por meio do gradiente de concentração. É através de mecanismos de difusão substitucional ou intersticial. Na implantação de íons, átomos dopantes são adicionados com força ao Silício, 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 do dopante e a profundidade da junção podem ser controladas na implantação iônica, mas não podem ser controladas no processo de difusão. A difusão tem um perfil dopante isotrópico, enquanto a implantação iônica tem um perfil dopante anisotrópico.
