¿Qué es el proceso de difusión?

El dopaje implica la introducción de una dosis de impurezas en materiales semiconductores para alterar sus propiedades eléctricas. La difusión y la implantación de iones son dos métodos de dopaje. El dopaje de impureza temprana se realizó principalmente a través de la difusión de alta temperatura.

Difusión deposita átomos de impureza en la superficie de unoblea de sustratode una fuente de vapor o óxido dopado. La concentración de impureza disminuye monotónicamente desde la superficie hasta el volumen, y la distribución de impurezas se determina principalmente por la temperatura y el tiempo de difusión. La implantación de iones implica inyectar iones dopantes en el semiconductor usando un haz de iones. La concentración de impureza tiene una distribución máxima dentro del semiconductor, y la distribución de impurezas está determinada por la dosis de iones y la energía de implantación.

Durante el proceso de difusión, la oblea se coloca típicamente en un tubo de horno de alta temperatura de cuarzo estrictamente controlado y una mezcla de gas que contiene el dopante deseado. Para los procesos de difusión de Si, Boron es el dopante de tipo p más comúnmente utilizado, mientras que el fósforo es el dopante de tipo N más utilizado. (Para la implantación de iones SiC, el dopante de tipo p es típicamente boro o aluminio, y el dopante de tipo N es típicamente nitrógeno).

La difusión en semiconductores puede verse como el movimiento atómico de los átomos de dopante en la red de sustrato a través de vacantes o átomos intersticiales.

A altas temperaturas, los átomos de red vibran cerca de sus posiciones de equilibrio. Los átomos en los sitios de red tienen una cierta probabilidad de ganar suficiente energía para moverse de sus posiciones de equilibrio, creando átomos intersticiales. Esto crea una vacante en el sitio original. Cuando un átomo de impureza cercano ocupa un sitio vacante, esto se llama difusión de vacantes. Cuando un átomo intersticial se mueve de un sitio a otro, se llama difusión intersticial. Los átomos con radios atómicos más pequeños generalmente experimentan difusión intersticial. Otro tipo de difusión ocurre cuando los átomos intersticiales desplazan los átomos de los sitios de red cercanos, empujando un átomo de impurezas de reemplazo al sitio intersticial. Este átomo luego repite este proceso, acelerando significativamente la velocidad de difusión. Esto se llama difusión de relleno de empuje.

Los mecanismos de difusión primarios de P y B en Si son la difusión de vacantes y la difusión de relleno de empuje.

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