O que é processo de difusão

O doping envolve a introdução de uma dose de impurezas em materiais semicondutores para alterar suas propriedades elétricas. A implantação de difusão e íons são dois métodos de doping. O doping de impureza precoce foi realizado principalmente através da difusão de alta temperatura.

Deposita de difusão átomos de impureza na superfície de umWafer de substratode uma fonte de vapor ou óxido dopado. A concentração de impureza diminui monotonicamente da superfície para o volume, e a distribuição da impureza é determinada principalmente pela temperatura e tempo de difusão. A implantação de íons envolve injetar íons dopantes no semicondutor usando um feixe de íons. A concentração de impureza tem uma distribuição de pico dentro do semicondutor, e a distribuição da impureza é determinada pela dose de íons e energia de implantação.

Durante o processo de difusão, a bolacha é tipicamente colocada em um tubo de forno de alta temperatura de quartzo com temperatura estritamente controlada e uma mistura de gás que contém o dopante desejado é introduzido. Para os processos de difusão de Si, o boro é o dopante do tipo p mais comumente usado, enquanto o fósforo é o dopante do tipo n mais comumente usado. (Para implante de íons sic, o dopante do tipo P é tipicamente boro ou alumínio, e o dopante do tipo n é tipicamente nitrogênio.)

A difusão nos semicondutores pode ser vista como o movimento atômico de átomos dopante na rede de substrato através de vagas ou átomos intersticiais.

Em altas temperaturas, os átomos da treliça vibram perto de suas posições de equilíbrio. Os átomos nos locais da rede têm uma certa probabilidade de ganhar energia suficiente para se mover de suas posições de equilíbrio, criando átomos intersticiais. Isso cria uma vaga no site original. Quando um átomo de impureza próximo ocupa um local vago, isso é chamado de difusão de vaga. Quando um átomo intersticial se move de um local para outro, é chamado de difusão intersticial. Os átomos com raios atômicos menores geralmente sofrem difusão intersticial. Outro tipo de difusão ocorre quando os átomos intersticiais deslocam átomos de locais de rede próximos, empurrando um átomo de impureza de substituição para o local intersticial. Esse átomo repete esse processo, acelerando significativamente a taxa de difusão. Isso é chamado de difusão de preenchimento de push.

Os mecanismos primários de difusão de P e B em Si são difusão de vaga e difusão de preenchimento de empurrões.

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