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Drogaggio del Silicio
Esistono varie tecniche di drogaggio del silicio. In questa breve dispensa analizzeremo la tecnica della diffusione termica e dell'impiantazione ionica.
DIFFUSIONE TERMICA
Il drogaggio per diffusione termica sfrutt 929j92j a il fenomeno che si
verifica nel silicio ad elevate temperature (1000
Possiamo affermare, quindi, che nel processo di drogaggio per diffusione vi è la migrazione all'interno del semiconduttore di atomi droganti che ovviamente per differenza di concentrazione si spostano da zone dove sono presenti in concentrazione elevata a zone dove sono presenti in bassa concentrazione.
Vi sono due tipologie di diffusione termica:
Nel processo di diffusione a sorgente illimitata
la superficie del wafer del semiconduttore viene esposta ad una sorgente estesa
di sostanze droganti. In questa tipologia di diffusione la sorgente è in grado
di mantenere costante nel tempo la concentrazione delle impurezze sulla
superficie del semiconduttore. Il tutto avviene in un forno a diffusione a
temperatura superiore ai
Osservando il grafico si può notare che nel tempo t1 e t2 la concentrazione delle impurezze sulla superficie del semiconduttore è costante, mentre nel tempo t2 (t2 > t1) si incrementa la concentrazione di impurezze all'interno del wafer. Supponendo di esporre il semiconduttore ad un drogaggio per sorgente illimitata di tempo infinito si dovrebbe raggiungere un grado di concentrazione uguale sia sulla superficie del wafer che all'interno e quindi una schematizzazione grafica pressoché orizzontale. Maggiore è, quindi, il tempo di esposizione del semiconduttore al processo, maggiore è l'incremento di sostanze droganti all'interno del wafer. Tuttavia, è impossibile avere un grado di concentrazione costante nel dominio della lunghezza nel semiconduttore, poiché per proprietà chimiche la concentrazione in superficie sarà sempre maggiore (anche in quantità minima) rispetto a quella in profondità.
Il processo di diffusione a sorgente limitata viene preceduto da una diffusione a sorgente illimitata di breve durata, la quale introduce nel semiconduttore in prossimità della superficie, una quantità prestabilita di impurezze.
Segue un processo di diffusione a sorgente limitata che
avviene in un forno alla temperatura di circa
Osservando il grafico si può notare che nel tempo t2 la concentrazione in superficie diminuisce mentre aumenta quella in profondità. Col trascorrere del tempo ci si avvierà ad una rappresentazione grafica dei profili di concentrazione pressoché orizzontale ma sempre orientata lievemente verso il basso, poiché è sempre valido il principio secondo cui, la concentrazione in superficie è sempre maggiore rispetto a quella in profondità.
La differenza principale, quindi, tra diffusione a sorgente limitata e diffusione a sorgente illimitata, è quella che nella prima la concentrazione in superficie non rimane costante al variare del tempo.
IMPIANTAZIONE IONICA
Questo processo di drogaggio consente di introdurre impurezze all'interno del semiconduttore mediante bombardamento a temperatura ordinaria di ioni droganti.
Successivamente, questi, vengono accelerati e focalizzati in un fascio sottile e fatti incidere contro la superficie del semiconduttore, nel quale penetrano per una certa profondità che dipende dall'energia di accelerazione e dalla concentrazione di ioni che in ogni caso non supera la decina di μm. Tale tecnica è utilizzata quando sono richieste zone strette e sottili.
Dopo l'impiantazione il reticolo cristallino risulta danneggiato. E' necessario, allora, che esso venga sottoposto ricottura che può avvenire attraverso un processo termico come un'ossidazione o una diffusione.
I vantaggi dell'impiantazione ionica sono moltecipli:
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