Diferencia entre la implantación y la difusión iónica

Diferencia principal - Implantación iónica vs Difusión

Los términos implantación y difusión de iones están relacionados con los semiconductores. Estos son dos procesos involucrados en la producción de semiconductores. La implantación de iones es un proceso fundamental utilizado para hacer microchips. Es un proceso a baja temperatura que incluye la aceleración de iones de un elemento particular hacia un objetivo, alterando las propiedades físicas y químicas del objetivo. La difusión se puede definir como el movimiento de impurezas dentro de una sustancia. Es la principal técnica utilizada para introducir impurezas en los semiconductores. La principal diferencia entre la implantación y difusión de iones es que La implantación de iones es isotrópica y muy direccional, mientras que la difusión es isotrópica e implica difusión lateral..

Áreas clave cubiertas

1. ¿Qué es la implantación de iones?
      - Definición, Teoría, Técnica, Ventajas.
2. ¿Qué es la difusión?
     - Definición, Proceso
3. ¿Cuál es la diferencia entre la implantación iónica y la difusión?
     - Comparación de diferencias clave

Términos clave: Átomo, Difusión, Dopante, Dopaje, Ion, Ion Implantation, Semiconductor

¿Qué es la implantación de iones?

La implantación de iones es un proceso a baja temperatura que se utiliza para cambiar las propiedades físicas y químicas de un material. Este proceso implica la aceleración de los iones de un elemento particular hacia un objetivo para alterar las propiedades físicas y químicas del objetivo. Esta técnica se utiliza principalmente en la fabricación de dispositivos semiconductores..

Los iones acelerados pueden alterar la composición del objetivo (si estos iones se detienen y permanecen en el objetivo). Los cambios físicos y químicos del objetivo son el resultado de golpear los iones a una alta energía.

Técnica de implantación de iones

El equipo de implantación de iones debe contener una fuente de iones. Esta fuente de iones produce iones del elemento deseado. Se utiliza un acelerador para acelerar los iones a una alta energía por medios electrostáticos. Estos iones golpean el objetivo, que es el material a implantar. Cada ion es un átomo o una molécula. La cantidad de iones implantados en el objetivo se conoce como la dosis. Sin embargo, dado que la corriente suministrada para la implantación es pequeña, la dosis que se puede implantar en un período de tiempo dado también es pequeña. Por lo tanto, esta técnica se utiliza cuando se requieren cambios químicos más pequeños..

Una de las principales aplicaciones de la implantación de iones es el dopaje de semiconductores. El dopaje es el concepto donde las impurezas se introducen en un semiconductor para alterar las propiedades eléctricas del semiconductor..

Figura 1: Una máquina de implantación de iones

Ventajas de la técnica de implantación de iones

Las ventajas de la implantación de iones incluyen el control preciso de la dosis y la profundidad del perfil / implantación. Es un proceso de baja temperatura, por lo que no hay necesidad de equipos resistentes al calor. Otras ventajas incluyen una amplia selección de materiales de enmascaramiento (a partir de los cuales se producen los iones) y una excelente uniformidad de dosis lateral.  

¿Qué es la difusión?

La difusión se puede definir como el movimiento de impurezas dentro de una sustancia. Aquí, la sustancia es lo que llamamos un semiconductor. Esta técnica se basa en el gradiente de concentración de una sustancia en movimiento. Por lo tanto, es involuntario. Pero a veces, la difusión se lleva a cabo intencionalmente. Esto se lleva a cabo en un sistema llamado horno de difusión..

El dopante es una sustancia utilizada para producir una característica eléctrica deseada en un semiconductor. Hay tres formas principales de dopantes: gases, líquidos, sólidos. Sin embargo, los dopantes gaseosos son ampliamente utilizados en la técnica de difusión. Algunos ejemplos de fuentes de gas son AsH₃, PH_3, y B₂H₆.

Proceso de difusion

Hay dos pasos principales de difusión de la siguiente manera. Estos pasos se utilizan para crear regiones dopadas..

Pre-deposición (para control de dosis)

En esta etapa, los átomos dopantes deseados se introducen de manera controlable en el objetivo desde métodos como las difusiones de fase gaseosa y las difusiones de fase sólida..

Figura 2: Presentando el Dopant

Drive-in (para control de perfil)

En este paso, los dopantes introducidos se introducen más profundamente en la sustancia sin introducir más átomos de dopante.

Diferencia entre la implantación y la difusión iónica

Definición

Implantación de iones: La implantación de iones es un proceso a baja temperatura que se utiliza para cambiar las propiedades físicas y químicas de un material..

Difusión: La difusión se puede definir como el movimiento de impurezas dentro de una sustancia.

Naturaleza del proceso

Implantación de iones: La implantación de iones es isotrópica y muy direccional..

Difusión: La difusión es isotrópica e incluye principalmente la difusión lateral..

Requisito de temperatura

Implantación de iones: La implantación de iones se realiza a bajas temperaturas..

Difusión: La difusión se realiza a altas temperaturas..

Controlando el Dopante

Implantación de iones: La cantidad de dopante se puede controlar en los implantes de iones..

Difusión: La cantidad de dopante no puede ser controlada en difusión..

Dañar

Implantación de iones: La implantación de iones a veces puede dañar la superficie del objetivo.

Difusión: La difusión no daña la superficie del objetivo..

Costo

Implantación de iones: La implantación de iones es más cara porque requiere equipos más específicos..

Difusión: La difusión es menos costosa en comparación con la implantación de iones.

Conclusión

La implantación y difusión de iones son dos técnicas utilizadas en la producción de semiconductores con algunos otros materiales. La principal diferencia entre la implantación y difusión de iones es que la implantación de iones es isotrópica y muy direccional, mientras que la difusión es isotrópica y hay difusión lateral..

Referencia:

1. "Implantación de iones". Wikipedia, Wikimedia Foundation, 11 de enero de 2018, disponible aquí.
2. Implantación iónica frente a difusión térmica. JHAT, disponible aquí.

Imagen de cortesía:

1. “Máquina de implantación de iones en LAAS 0521" Por Guillaume Paumier (usuario: guillom) - Trabajo propio (CC BY-SA 3.0) a través de Commons Wikimedia.
2. “Manufactura MOSFET - 1 - Difusión n-pozo” Por Inductiveload - Trabajo propio (Dominio público) a través de Commons Wikimedia