Διαφορά μεταξύ εμφύτευσης ιόντων και διάχυσης

Κύρια διαφορά – Εμφύτευση ιόντων έναντι διάχυσης

Οι όροι εμφύτευση και διάχυση ιόντων σχετίζονται με ημιαγωγούς. Πρόκειται για δύο διαδικασίες που εμπλέκονται στην παραγωγή ημιαγωγών. Η εμφύτευση ιόντων είναι μια θεμελιώδης διαδικασία που χρησιμοποιείται για την κατασκευή μικροτσίπ. Είναι μια διαδικασία χαμηλής θερμοκρασίας που περιλαμβάνει την επιτάχυνση ιόντων ενός συγκεκριμένου στοιχείου προς έναν στόχο, αλλοιώνοντας τις χημικές και φυσικές ιδιότητες του στόχου. Η διάχυση μπορεί να οριστεί ως η κίνηση των ακαθαρσιών μέσα σε μια ουσία. Είναι η κύρια τεχνική που χρησιμοποιείται για την εισαγωγή ακαθαρσιών στους ημιαγωγούς. Η κύρια διαφορά μεταξύ της εμφύτευσης ιόντων και της διάχυσης είναι ότι η εμφύτευση ιόντων είναι ισότροπη και πολύ κατευθυντική ενώ η διάχυση είναι ισότροπη και περιλαμβάνει πλευρική διάχυση.

Βασικές περιοχές που καλύπτονται

1. Τι είναι η εμφύτευση ιόντων
      – Ορισμός, Θεωρία, Τεχνική, Πλεονεκτήματα
2. Τι είναι η Διάχυση
     – Ορισμός, Διαδικασία
3. Ποια είναι η διαφορά μεταξύ εμφύτευσης ιόντων και διάχυσης
     – Σύγκριση βασικών διαφορών

Βασικοί όροι:Atom, Diffusion, Dopant, Doping, Ion, Ion Implantation, Semiconductor

Τι είναι το Ion Implantation

Η εμφύτευση ιόντων είναι μια διαδικασία χαμηλής θερμοκρασίας που χρησιμοποιείται για την αλλαγή των χημικών και φυσικών ιδιοτήτων ενός υλικού. Αυτή η διαδικασία περιλαμβάνει την επιτάχυνση των ιόντων ενός συγκεκριμένου στοιχείου προς έναν στόχο για να αλλοιωθούν οι χημικές και φυσικές ιδιότητες του στόχου. Αυτή η τεχνική χρησιμοποιείται κυρίως σε κατασκευές συσκευών ημιαγωγών.

Τα επιταχυνόμενα ιόντα μπορούν να αλλάξουν τη σύνθεση του στόχου (αν αυτά τα ιόντα σταματήσουν και παραμείνουν στον στόχο). Οι φυσικές και χημικές αλλαγές του στόχου είναι αποτέλεσμα της πρόσκρουσης των ιόντων με υψηλή ενέργεια.

Τεχνική εμφύτευσης ιόντων

Ο εξοπλισμός εμφύτευσης ιόντων θα πρέπει να περιέχει μια πηγή ιόντων. Αυτή η πηγή ιόντων παράγει ιόντα του επιθυμητού στοιχείου. Ένας επιταχυντής χρησιμοποιείται για την επιτάχυνση των ιόντων σε υψηλή ενέργεια με ηλεκτροστατικά μέσα. Αυτά τα ιόντα χτυπούν τον στόχο, που είναι το υλικό που θα εμφυτευθεί. Κάθε ιόν είναι είτε άτομο είτε μόριο. Η ποσότητα των ιόντων που εμφυτεύονται στον στόχο είναι γνωστή ως δόση. Ωστόσο, δεδομένου ότι το ρεύμα που παρέχεται για την εμφύτευση είναι μικρό, η δόση που μπορεί να εμφυτευθεί σε μια δεδομένη χρονική περίοδο είναι επίσης μικρή. Επομένως, αυτή η τεχνική χρησιμοποιείται όπου απαιτούνται μικρότερες χημικές αλλαγές.

Μια σημαντική εφαρμογή της εμφύτευσης ιόντων είναι το ντόπινγκ ημιαγωγών. Το ντόπινγκ είναι η έννοια όπου οι ακαθαρσίες εισάγονται σε έναν ημιαγωγό προκειμένου να αλλάξουν οι ηλεκτρικές ιδιότητες του ημιαγωγού.

Εικόνα 1:Μηχάνημα εμφύτευσης ιόντων

Πλεονεκτήματα της τεχνικής εμφύτευσης ιόντων

Τα πλεονεκτήματα της εμφύτευσης ιόντων περιλαμβάνουν τον ακριβή έλεγχο της δόσης και του βάθους του προφίλ/εμφύτευσης. Είναι μια διαδικασία χαμηλής θερμοκρασίας, επομένως δεν υπάρχει ανάγκη για ανθεκτικό στη θερμότητα εξοπλισμό. Άλλα πλεονεκτήματα περιλαμβάνουν μεγάλη ποικιλία υλικών κάλυψης (από τα οποία παράγονται ιόντα) και εξαιρετική ομοιομορφία πλευρικής δόσης.

Τι είναι η Διάχυση

Η διάχυση μπορεί να οριστεί ως η κίνηση των ακαθαρσιών μέσα σε μια ουσία. Εδώ, η ουσία είναι αυτό που λέμε ημιαγωγός. Αυτή η τεχνική βασίζεται στη βαθμίδα συγκέντρωσης μιας κινούμενης ουσίας. Ως εκ τούτου είναι ακούσιο. Αλλά μερικές φορές, η διάχυση πραγματοποιείται σκόπιμα. Αυτό πραγματοποιείται σε ένα σύστημα που ονομάζεται φούρνος διάχυσης.

Το Dopant είναι μια ουσία που χρησιμοποιείται για την παραγωγή ενός επιθυμητού ηλεκτρικού χαρακτηριστικού σε έναν ημιαγωγό. Υπάρχουν τρεις κύριες μορφές προσμίξεων:αέρια, υγρά, στερεά. Ωστόσο, τα αέρια μόρια χρησιμοποιούνται ευρέως στην τεχνική της διάχυσης. Μερικά παραδείγματα πηγών αερίου είναι το AsH₃ , PH_3, και B₂ H₆ .

Διαδικασία διάχυσης

Υπάρχουν δύο βασικά βήματα διάχυσης ως εξής. Αυτά τα βήματα χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία ντοπαρισμένων περιοχών.

Προαπόθεση (για έλεγχο δόσης)

Σε αυτό το βήμα, τα επιθυμητά άτομα πρόσμιξης εισάγονται ελεγχόμενα στον στόχο από μεθόδους όπως διαχύσεις αέριας φάσης και διαχύσεις στερεάς φάσης.

Εικόνα 2:Εισαγωγή του Dopant

Drive-in (για έλεγχο προφίλ)

Σε αυτό το βήμα, τα εισαγόμενα προσμείξεις οδηγούνται βαθύτερα στην ουσία χωρίς την εισαγωγή περαιτέρω προσμίξεων ατόμων.

Διαφορά μεταξύ εμφύτευσης ιόντων και διάχυσης

Ορισμός

Εμφύτευση ιόντων: Η εμφύτευση ιόντων είναι μια διαδικασία χαμηλής θερμοκρασίας που χρησιμοποιείται για την αλλαγή των χημικών και φυσικών ιδιοτήτων ενός υλικού.

Διάχυση: Η διάχυση μπορεί να οριστεί ως η κίνηση των ακαθαρσιών μέσα σε μια ουσία.

Φύση της διαδικασίας

Εμφύτευση ιόντων: Η εμφύτευση ιόντων είναι ισότροπη και πολύ κατευθυντική.

Διάχυση: Η διάχυση είναι ισότροπη και περιλαμβάνει κυρίως την πλευρική διάχυση.

Απαίτηση θερμοκρασίας

Εμφύτευση ιόντων: Η εμφύτευση ιόντων γίνεται σε χαμηλές θερμοκρασίες.

Διάχυση: Η διάχυση γίνεται σε υψηλές θερμοκρασίες.

Έλεγχος του Dopant

Εμφύτευση ιόντων: Η ποσότητα του προσμίκτη μπορεί να ελεγχθεί σε εμφυτεύσεις ιόντων.

Διάχυση: Η ποσότητα του προσμίκτη δεν μπορεί να ελεγχθεί κατά τη διάχυση.

Ζημιά

Εμφύτευση ιόντων: Η εμφύτευση ιόντων μπορεί μερικές φορές να βλάψει την επιφάνεια του στόχου.

Διάχυση: Η διάχυση δεν καταστρέφει την επιφάνεια του στόχου.

Κόστος

Εμφύτευση ιόντων: Η εμφύτευση ιόντων είναι πιο ακριβή επειδή απαιτεί πιο συγκεκριμένο εξοπλισμό.

Διάχυση: Η διάχυση είναι λιγότερο δαπανηρή σε σύγκριση με την εμφύτευση ιόντων.

Συμπέρασμα

Η εμφύτευση και η διάχυση ιόντων είναι δύο τεχνικές που χρησιμοποιούνται στην παραγωγή ημιαγωγών με κάποια άλλα υλικά. Η κύρια διαφορά μεταξύ της εμφύτευσης ιόντων και της διάχυσης είναι ότι η εμφύτευση ιόντων είναι ισότροπη και πολύ κατευθυντική, ενώ η διάχυση είναι ισότροπη και υπάρχει πλευρική διάχυση.

Αναφορά:

1. «Εμφύτευση ιόντων». Wikipedia, Wikimedia Foundation, 11 Ιανουαρίου 2018, Διαθέσιμο εδώ.
2. Ion Implantation Versus Thermal Diffusion. JHAT, Διαθέσιμο εδώ.

Εικόνα Ευγενική προσφορά:

1. "Ion implantation machine at LAAS 0521" By Guillaume Paumier (user:guillom) – Own work (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia
2. “MOSFET Manufacture – 1 – n-well Diffusion” By Inductive – Δική σας εργασία (Δημόσιος Τομέας) μέσω Commons Wikimedia