Cos'è il processo di diffusione

Il doping implica l'introduzione di una dose di impurità nei materiali a semiconduttore per modificare le loro proprietà elettriche. La diffusione e l'impianto ionico sono due metodi di doping. Il doping di impurità precoce è stato realizzato principalmente attraverso la diffusione ad alta temperatura.

La diffusione deposita atomi di impurità sulla superficie di aWafer di substratoda una fonte di vapore o ossido drogato. La concentrazione di impurità diminuisce monotonicamente dalla superficie alla massa e la distribuzione dell'impurità è determinata principalmente dalla temperatura e dal tempo di diffusione. L'impianto ionico prevede l'iniezione di ioni droganti nel semiconduttore usando un raggio ionico. La concentrazione di impurità ha una distribuzione di picco all'interno del semiconduttore e la distribuzione dell'impurità è determinata dalla dose ionica e dall'energia dell'impianto.

Durante il processo di diffusione, il wafer viene in genere posizionato in un tubo da forno ad alta temperatura di quarzo a temperatura strettamente controllata e viene introdotta una miscela di gas contenente il drogante desiderato. Per i processi di diffusione SI, il boro è il drogante di tipo P più comunemente usato, mentre il fosforo è il drogante di tipo N più comunemente usato. (Per l'impianto di ioni sic, il drogante di tipo p è tipicamente boro o alluminio e il drogante di tipo N è in genere azoto.)

La diffusione nei semiconduttori può essere vista come il movimento atomico degli atomi droganti nel reticolo del substrato attraverso posti vacanti o atomi interstiziali.

Ad alte temperature, gli atomi reticolari vibrano vicino alle loro posizioni di equilibrio. Gli atomi nei siti reticolari hanno una certa probabilità di guadagnare abbastanza energia per spostarsi dalle loro posizioni di equilibrio, creando atomi interstiziali. Questo crea un posto vacante nel sito originale. Quando un atomo di impurità nelle vicinanze occupa un sito libero, questo si chiama diffusione vacante. Quando un atomo interstiziale si sposta da un sito all'altro, si chiama diffusione interstiziale. Gli atomi con raggi atomici più piccoli generalmente sperimentano una diffusione interstiziale. Un altro tipo di diffusione si verifica quando gli atomi interstiziali spostano gli atomi dai siti reticolari vicini, spingendo un atomo di impurità di sostituzione nel sito interstiziale. Questo atomo ripete quindi questo processo, accelerando significativamente il tasso di diffusione. Questo si chiama diffusione a push-riempimento.

I meccanismi di diffusione primaria di P e B in Si sono la diffusione dei posti vacanti e la diffusione di push-riempimento.

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