Difusión frente a implantación de iones
La diferencia entre la difusión y la implantación de iones se puede entender una vez que comprenda qué es la difusión y la implantación de iones. En primer lugar, cabe mencionar que la difusión y la implantación de iones son dos términos relacionados con los semiconductores. Son las técnicas utilizadas para introducir átomos dopantes en los semiconductores. Este artículo trata sobre los dos procesos, sus principales diferencias, ventajas y desventajas.
¿Qué es la difusión?
La difusión es una de las principales técnicas utilizadas para introducir impurezas en los semiconductores. Este método considera el movimiento del dopante a escala atómica y, básicamente, el proceso ocurre como resultado del gradiente de concentración. El proceso de difusión se lleva a cabo en sistemas denominados “hornos de difusión”. Es bastante caro y muy preciso.
Hay tres fuentes principales de dopantes: gaseosas, líquidas y sólidas, y las fuentes gaseosas son las más utilizadas en esta técnica (fuentes confiables y convenientes: BF3, PH3, AsH3). En este proceso, la fuente de gas reacciona con el oxígeno en la superficie de la oblea dando como resultado un óxido dopante. A continuación, se difunde en silicio, formando una concentración de dopante uniforme en toda la superficie. Las fuentes líquidas están disponibles en dos formas: burbujeadores y dopantes giratorios. Los burbujeadores convierten el líquido en vapor para reaccionar con el oxígeno y luego formar un óxido dopante en la superficie de la oblea. Los dopantes giratorios son soluciones de secado de capas dopadas de SiO2. Las fuentes sólidas incluyen dos formas: tableta o forma granular y forma de disco u oblea. Los discos de nitruro de boro (BN) son la fuente sólida más utilizada que se puede oxidar a 750 – 1100 0C.
Simple difusión de una sustancia (azul) debido a un gradiente de concentración a través de una membrana semipermeable (rosa).
¿Qué es la implantación de iones?
La implantación de iones es otra técnica para introducir impurezas (dopantes) en los semiconductores. Es una técnica de baja temperatura. Esto se considera como una alternativa a la difusión a alta temperatura para introducir dopantes. En este proceso, un haz de iones altamente energéticos se dirige al semiconductor objetivo. Las colisiones de los iones con los átomos de la red dan como resultado la distorsión de la estructura cristalina. El siguiente paso es el recocido, que se sigue para rectificar el problema de distorsión.
Algunas de las ventajas de la técnica de implantación de iones incluyen un control preciso del perfil de profundidad y la dosificación, menos sensible a los procedimientos de limpieza de superficies y tiene una amplia selección de materiales de máscara como fotoprotector, poli-Si, óxidos y metal.
¿Cuál es la diferencia entre difusión e implantación de iones?
• En la difusión, las partículas se propagan a través de un movimiento aleatorio desde regiones de mayor concentración a regiones de menor concentración. La implantación de iones implica el bombardeo del sustrato con iones, acelerando a velocidades más altas.
• Ventajas: La difusión no genera daños y también es posible la fabricación por lotes. La implantación de iones es un proceso a baja temperatura. Te permite controlar la dosis precisa y la profundidad. La implantación de iones también es posible a través de las finas capas de óxidos y nitruros. También incluye tiempos de proceso cortos.
• Desventajas: La difusión se limita a la solubilidad sólida y es un proceso de alta temperatura. Las uniones poco profundas y las dosis bajas dificultan el proceso de difusión. La implantación de iones implica un costo adicional para el proceso de recocido.
• La difusión tiene un perfil dopante isotrópico mientras que la implantación de iones tiene un perfil dopante anisotrópico.
Resumen:
Implante de iones frente a difusión
La difusión y la implantación de iones son dos métodos para introducir impurezas en los semiconductores (silicio – Si) para controlar el tipo mayoritario del portador y la resistividad de las capas. En la difusión, los átomos dopantes se mueven desde la superficie hacia el silicio por medio del gradiente de concentración. Es a través de mecanismos de difusión intersticial o sustitucional. En la implantación de iones, los átomos dopantes se agregan con fuerza al silicio mediante la inyección de un haz de iones energético. La difusión es un proceso de alta temperatura, mientras que la implantación de iones es un proceso de baja temperatura. La concentración de dopante y la profundidad de la unión se pueden controlar en la implantación de iones, pero no se puede controlar en el proceso de difusión. La difusión tiene un perfil dopante isotrópico, mientras que la implantación de iones tiene un perfil dopante anisotrópico.
