Difüzyon ve İyon İmplantasyonu
Difüzyon ve iyon implantasyonu arasındaki fark, difüzyon ve iyon implantasyonunun ne olduğunu anladıktan sonra anlaşılabilir. Öncelikle belirtmek gerekir ki difüzyon ve iyon implantasyonu yarı iletkenlerle ilgili iki terimdir. Dopant atomları yarı iletkenlere sokmak için kullanılan tekniklerdir. Bu makale iki süreç, aralarındaki temel farklar, avantajlar ve dezavantajlar hakkındadır.
Difüzyon Nedir?
Difüzyon, safsızlıkları yarı iletkenlere sokmak için kullanılan ana tekniklerden biridir. Bu yöntem, katkı maddesinin hareketini atomik ölçekte ele alır ve temel olarak süreç, konsantrasyon gradyanının bir sonucu olarak gerçekleşir. Difüzyon işlemi, “difüzyon fırınları” adı verilen sistemlerde gerçekleştirilir. Oldukça pahalı ve çok doğru.
Üç ana katkı maddesi kaynağı vardır: gaz, sıvı ve katılar ve gazlı kaynaklar bu teknikte en yaygın kullanılanlardır (Güvenilir ve uygun kaynaklar: BF3, PH3, AsH3). Bu işlemde, kaynak gaz, gofret yüzeyinde oksijen ile reaksiyona girerek bir katkı oksit ile sonuçlanır. Daha sonra, yüzey boyunca tek tip bir katkı konsantrasyonu oluşturarak Silikona yayılır. Sıvı kaynaklar iki şekilde mevcuttur: köpürtücüler ve dopant üzerinde döndürme. Kabarcıklar, oksijen ile reaksiyona girmek ve daha sonra gofret yüzeyinde bir katkı oksit oluşturmak için sıvıyı buhara dönüştürür. Döndürme dopantları, katkılı SiO2 katmanlarının kurutma biçimindeki çözeltileridir. Katı kaynaklar iki form içerir: tablet veya granül form ve disk veya gofret formu. Bor nitrür (BN) diskleri, 750 – 1100 0C'de oksitlenebilen en yaygın kullanılan katı kaynaktır.
Yarı geçirgen bir zar (pembe) boyunca bir konsantrasyon gradyanı nedeniyle bir maddenin (mavi) basit difüzyonu.
İyon İmplantasyonu Nedir?
İyon implantasyonu, yarı iletkenlere safsızlıklar (dopantlar) eklemenin başka bir tekniğidir. Düşük sıcaklık tekniğidir. Bu, katkı maddelerinin tanıtılması için yüksek sıcaklık difüzyonuna bir alternatif olarak kabul edilir. Bu süreçte, hedef yarı iletkene yüksek enerjili bir iyon demeti hedeflenir. İyonların kafes atomlarıyla çarpışması, kristal yapının bozulmasına neden olur. Bir sonraki adım, bozulma problemini düzeltmek için izlenen tavlamadır.
İyon implantasyon tekniğinin bazı avantajları arasında derinlik profili ve dozajının hassas kontrolü, yüzey temizleme prosedürlerine daha az duyarlı olması ve fotorezist, poli-Si, oksitler ve metal gibi çok çeşitli maske malzemelerine sahip olması sayılabilir.
Difüzyon ve İyon İmplantasyonu arasındaki fark nedir?
• Difüzyonda parçacıklar, yüksek konsantrasyonlu bölgelerden daha düşük konsantrasyonlu bölgelere rastgele hareketle yayılır. İyon implantasyonu, substratın iyonlarla bombardıman edilmesini içerir ve daha yüksek hızlara hızlanır.
• Avantajları: Difüzyon hasar oluşturmaz ve toplu üretim de mümkündür. İyon implantasyonu düşük sıcaklıklı bir işlemdir. Kesin dozu ve derinliği kontrol etmenizi sağlar. İnce oksit ve nitrür katmanları aracılığıyla iyon implantasyonu da mümkündür. Ayrıca kısa işlem süreleri içerir.
• Dezavantajları: Difüzyon katı çözünürlükle sınırlıdır ve yüksek sıcaklıkta bir işlemdir. Sığ bağlantılar ve düşük dozajlar difüzyon sürecini zorlaştırır. İyon implantasyonu, tavlama işlemi için ek bir maliyet içerir.
• Difüzyon izotropik bir takviye profiline sahipken, iyon implantasyonu anizotropik bir takviye profiline sahiptir.
Özet:
İyon İmplantasyonu ve Difüzyon
Difüzyon ve iyon implantasyonu, taşıyıcının çoğunluk tipini ve katmanların direncini kontrol etmek için yarı iletkenlere (Silikon – Si) yabancı maddeler eklemenin iki yöntemidir. Difüzyonda, dopant atomları, konsantrasyon gradyanı vasıtasıyla yüzeyden Silikona hareket eder. Bu, ikame veya interstisyel difüzyon mekanizmaları yoluyladır. İyon implantasyonunda, dopant atomlar, enerjik bir iyon ışını enjekte edilerek Silikona kuvvetli bir şekilde eklenir. Difüzyon yüksek sıcaklıklı bir süreçken, iyon implantasyonu düşük sıcaklıklı bir süreçtir. İyon implantasyonunda katkı konsantrasyonu ve bağlantı derinliği kontrol edilebilir, ancak difüzyon sürecinde kontrol edilemez. Difüzyon izotropik bir takviye profiline sahipken, iyon implantasyonu anizotropik bir takviye profiline sahiptir.
