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Dopado de semiconductores - difusión atómica e implantación de iones -
Dopado de semiconductores
- difusión atómica e implantación de iones -
andrés alanís
8 de abril de 2013
andrés alanís Dopado de semiconductores - difusión atómica e implantación de iones -
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Dopado de semiconductores
Hornos de difusión atómica para el dopado de semiconductores
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Dopado de semiconductores
Sirve para controlar sus propiedades eléctricas y ópticas
principalmente
Consiste en agregar impurezas de manera controlada en la
estructura atómica de un semiconductor intrínseco
En el proceso de dopado se controla: i) el tipo de
conductividad (N o P), ii) el valor de resistividad y
conductividad eléctrica, iii) el ancho de banda prohibida.
Los parámetros a controlar son: el espesor de la capa que se
dopa, el per�l de dopado, etc.
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Dopado de semiconductores
El proceso de difusión de sólidos, es análogo a la difusión de gases y
líquidos...
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Dopado de semiconductores
Representación de la difusión de sólidos en función del tiempo.
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Dopado de semiconductores
Básicamente existen 3 técnicas para dopar a los semiconductores:
1 Fase gaseosa: difusión atómica o difusión termica
2 Fase sólida: difusión atómica de una película delgada o por
implantación de iones
3 In-situ: dopado durante la síntesis del material semiconductor
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Fuentes de dopantes en fase gaseosa
Para dopar tipo P: Tri�uoruro de boro (BF3), Tricloruro de
boro (BCl3), Diborano (B2H6).
Para dopar tipo N: Fos�na (PH3), Penta�uoruro de fósforo
(PF5); Arsina (AsH3), Tri�uoruro de arsénico (AsF3)
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Fuentes de dopantes en fase gaseosa
En algunos procesos se añade oxígeno para formar óxidos -sólidos-
del elemento dopante, éste se deposita sobre la super�cie del
semiconductor y posteriormente se difunde en el material.
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Fuentes de dopantes en fase líquida
Este tipo de dopantes se utilizan junto con un sistema de burbujeo
con un gas inerte.
Para dopar tipo P: BBr3
Para dopar tipo N: POCl3
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Difusión atómica: proceso térmico
El sistema consta de i) un tubo de cuarzo, ii) bomba de vacío, iii)
gases inertes (portador o de arrastre), iv) precursores del dopante
(en fase gaseosa o líquida, p.ej., POCl3).
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Difusión atómica: proceso térmico
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Dopado mediante difusión atómica
Se crea una capa uniforme de semiconductor tipo N sobre toda la
super�cie de la oblea.
Mediante soluciones químicas se remueve el fósforo no deseado.
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Dopado mediante difusión atómica
Difusión térmica de las impurezas
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Dopado mediante difusión atómica
Impureza substitucional; aniquilación de una vacancia.
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Dopado mediante difusión atómica
Difusión de impurezas intersticiales
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Dopado mediante difusión atómica
Intercambio directo o difusión de vacancias.
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Dopado mediante difusión atómica
¾Pero cuántas impurezas podemos introducir a un semiconductor?
Depende del tipo de impureza y del material a dopar
De manera análoga a las soluciones saturadas en el área química en
donde se utiliza el término límite de solubilidad, es decir: cuánto
soluto se puede disolver un disolvente; en semiconductores se utiliza
el término límite de solubilidad del sólido: cuánto material sólido
puede introducirse a otro material sólido.
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Dopado mediante difusión atómica
Límite de solubilidad del sólido
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Dopado mediante difusión atómica
La profundidad a la que se
difunden las impurezas a
través del semiconductor
depende de un parámetro
físico denominado coe�ciente
de difusión, D, tiene
unidades de aceleración y éste
depende de la temperatura.
Ley de Fick: J = −D dNd
dx
J: densidad de �ujo atómico
(átomos·cm−2)
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Dopado mediante difusión atómica
Ley -de difusión- de Fick
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Dopado mediante difusión atómica
Ley -de difusión- de Fick
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Dopado mediante difusión atómica
Per�l de distribución de dopantes
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Dopado mediante Implantación de iones
Un sistema de implantación de iones es un acelerador de partículas.
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Sistema de Implantación de iones
1 Consiste en introducir al semiconductor, iones de alta energía
2 Las impurezas se introducen como iones
3 Los iones son atraídos y acelerados por fuertes campos
magnéticos
4 Los iones impactan o implantan sobre el blanco: el
semiconductor a dopar
5 La profundidad de penetración de los iones depende de la
energía: 10 - 100 keV
6 Este proceso se denomina implantación de iones
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Dopado mediante implantación de iones
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Dopado mediante implantación de iones
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Per�l de distribución de los dopantes
Es indispensable controlar
la profundidad de
penetración, así como la
concentración de
impurezas, para controlar
la densidad de niveles Nd
o Na.
Per�l de distribución de las
impurezas introducidas en
la estructura de un
semiconductor, en función
de la energía de
aceleración.
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Dopado mediante implantación de iones
Durante la implantación la estructura se altera debido al impacto de
los iones, y es necesario reparar el daño mediante recristalización.
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Dopado mediante implantación de iones
Recristalización y redistribución de los dopantes
Durante el proceso de implantación de iones, la estructura cristalina
es alterada drásticamente en la super�cie, por ello es necesesario
someter a las muestras a tratamientos térmicos para para
recristalizar la estructura y redistribuir los dopantes.
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Difusión v.s. implantación
Per�les de distribución de dopantes
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