Che cos'è la tecnologia di impianto ionico a semiconduttore?

Come funzionaImpianto ionicoazioneLavoro?

Nella produzione di semiconduttori, l'impianto ionico prevede l'utilizzo di acceleratori ad alta energia per iniettare specifici atomi di impurità, come l'arsenico o il boro, in unsubstrato di silicio. Il silicio, posizionato al 14° posto nella tavola periodica, forma legami covalenti condividendo i suoi quattro elettroni esterni con gli atomi vicini. Questo processo altera le proprietà elettriche del silicio, regolando le tensioni di soglia dei transistor e formando strutture di source e drain.

Una volta un fisico meditò sugli effetti dell'introduzione di atomi diversi nel reticolo di silicio. Aggiungendo arsenico, che ha cinque elettroni esterni, un elettrone rimane libero, migliorando la conduttività del silicio e trasformandolo in un semiconduttore di tipo n. Al contrario, l’introduzione del boro, con solo tre elettroni esterni, crea una lacuna positiva, risultando in un semiconduttore di tipo p. Questo metodo per incorporare diversi elementi nel reticolo di silicio è noto come impianto ionico.

Quali sono i componenti diImpianto ionicoAttrezzatura?

L'attrezzatura per l'impianto ionico è costituita da diversi componenti chiave: una sorgente ionica, un sistema di accelerazione elettrica, un sistema di vuoto, un magnete di analisi, un percorso del raggio, un sistema di post-accelerazione e una camera di impianto. La sorgente ionica è fondamentale, poiché strappa gli elettroni dagli atomi per formare ioni positivi, che vengono poi estratti per formare un fascio ionico.

Questo fascio passa attraverso un modulo di analisi di massa, isolando selettivamente gli ioni desiderati per la modifica del semiconduttore. Dopo l'analisi di massa, il fascio ionico ad elevata purezza viene focalizzato e modellato, accelerato all'energia richiesta e scansionato uniformemente su tutto ilsubstrato semiconduttore. Gli ioni ad alta energia penetrano nel materiale, incorporandosi nel reticolo, il che può creare difetti utili per alcune applicazioni, come regioni isolanti su chip e circuiti integrati. Per altre applicazioni, i cicli di ricottura vengono utilizzati per riparare i danni e attivare i droganti, migliorando la conduttività del materiale.

Quali sono i principi dell’impianto ionico?

L'impianto ionico è una tecnica per introdurre droganti nei semiconduttori, svolgendo un ruolo vitale nella fabbricazione di circuiti integrati. Il processo prevede:

Purificazione ionica: gli ioni generati dalla sorgente, che trasportano diversi numeri di elettroni e protoni, vengono accelerati per formare un fascio di ioni positivi/negativi. Le impurità vengono filtrate in base al rapporto carica/massa per ottenere la purezza ionica desiderata.

Iniezione di ioni: il fascio ionico accelerato è diretto con un angolo specifico rispetto alla superficie del cristallo bersaglio, irradiando uniformementel'ostia. Dopo essere penetrati nella superficie, gli ioni subiscono collisioni e dispersioni all’interno del reticolo, per poi depositarsi ad una certa profondità, modificando le proprietà del materiale. Il drogaggio modellato può essere ottenuto utilizzando maschere fisiche o chimiche, consentendo precise modifiche elettriche di aree specifiche del circuito.

La distribuzione della profondità prevista dei droganti è determinata dall’energia del fascio, dall’angolo e dalle proprietà del materiale del wafer.

Quali sono i vantaggi e i limiti diImpianto ionico?

Vantaggi:

Ampia gamma di droganti: possono essere utilizzati quasi tutti gli elementi della tavola periodica, con elevata purezza garantita dalla precisa selezione degli ioni.

Controllo preciso: l'energia e l'angolo del fascio ionico possono essere controllati accuratamente, consentendo una distribuzione precisa della profondità e della concentrazione dei droganti.

Flessibilità: l'impianto ionico non è limitato dai limiti di solubilità del wafer, consentendo concentrazioni più elevate rispetto ad altri metodi.

Doping uniforme: è possibile ottenere un doping uniforme su ampie aree.

Controllo della temperatura: la temperatura del wafer può essere controllata durante l'impianto.

Limitazioni:

Profondità superficiale: generalmente limitata a circa un micron dalla superficie.

Difficoltà con l'impianto molto superficiale: i fasci a bassa energia sono difficili da controllare, aumentando i tempi e i costi del processo.

Danno al reticolo: gli ioni possono danneggiare il reticolo, richiedendo una ricottura post-impianto per riparare e attivare i droganti.

Costo elevato: i costi delle attrezzature e dei processi sono significativi.

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