Uingizaji wa ion ni njia ya kuongeza kiasi fulani na aina ya uchafu katika vifaa vya semiconductor ili kubadilisha mali zao za umeme. Kiasi na usambazaji wa uchafu unaweza kudhibitiwa kwa usahihi.
Sehemu ya 1
Kwa nini utumie mchakato wa kuingiza ion
Katika utengenezaji wa vifaa vya semiconductor nguvu, P/N mkoa doping ya jadikaki za siliconinaweza kupatikana kwa kueneza. Hata hivyo, utbredningen mara kwa mara ya atomi uchafu katikasilicon carbudini ya chini sana, kwa hivyo sio uhalisia kufikia kuchagua dawa kwa mchakato wa uenezaji, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 1. Kwa upande mwingine, hali ya joto ya uwekaji wa ayoni ni ya chini kuliko ile ya mchakato wa kueneza, na usambazaji rahisi zaidi na sahihi wa doping unaweza. kuundwa.
Mchoro 1 Ulinganisho wa teknolojia ya upanuzi na uwekaji wa ioni ya doping katika vifaa vya silicon carbide
Sehemu ya 2
Jinsi ya kufikiasilicon carbudiuwekaji wa ioni
Vifaa vya kawaida vya kupandikiza ioni yenye nishati ya juu vinavyotumika katika mchakato wa utengenezaji wa silicon carbide hasa hujumuisha chanzo cha ioni, plasma, vijenzi vya aspiration, sumaku za uchanganuzi, miale ya ioni, mirija ya kuongeza kasi, vyumba vya kuchakata na diski za kuchanganua, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 2.
Mchoro wa 2 Mchoro wa mpangilio wa vifaa vya kupandikiza ioni ya silicon CARBIDE yenye nishati nyingi
(Chanzo: "Teknolojia ya Utengenezaji wa Semiconductor")
Uwekaji wa ioni ya SiC kawaida hufanywa kwa joto la juu, ambayo inaweza kupunguza uharibifu wa kimiani ya fuwele unaosababishwa na mlipuko wa ioni. KwaVifurushi vya 4H-SiC, uzalishaji wa maeneo ya aina ya N kwa kawaida hupatikana kwa kupandikiza ioni za nitrojeni na fosforasi, na uzalishaji waP-ainamaeneo kawaida hupatikana kwa kupandikiza ioni za alumini na ioni za boroni.
Jedwali 1. Mfano wa doping iliyochaguliwa katika utengenezaji wa kifaa cha SiC
(Chanzo: Kimoto, Cooper, Misingi ya Teknolojia ya Silicon Carbide: Ukuaji, Tabia, Vifaa, na Matumizi)
Mchoro wa 3 Ulinganisho wa upandikizaji wa ioni ya nishati ya hatua nyingi na usambazaji wa mkusanyiko wa mkusanyiko wa doping kwenye uso wa kaki
(Chanzo: G.Lulli, Utangulizi wa Uwekaji Ion)
Ili kufikia ukolezi sawa wa doping katika eneo la upandikizaji wa ioni, wahandisi kwa kawaida hutumia upandikizaji wa ioni wa hatua nyingi kurekebisha usambazaji wa mkusanyiko wa jumla wa eneo la upandikizaji (kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 3); katika mchakato halisi wa utengenezaji, kwa kurekebisha nishati ya upandikizaji na kipimo cha upandikizaji wa ioni, ukolezi wa doping na kina cha doping cha eneo la upandikizaji wa ioni kinaweza kudhibitiwa, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 4. (a) na (b); kipandikizi cha ioni hufanya upandikizaji wa ioni sare kwenye uso wa kaki kwa kukagua uso wa kaki mara nyingi wakati wa operesheni, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 4. (c).
(c) Mwelekeo wa mwendo wa kipandikizi cha ioni wakati wa uwekaji wa ioni
Mchoro 4 Wakati wa mchakato wa upandikizaji wa ioni, ukolezi wa uchafu na kina hudhibitiwa kwa kurekebisha nishati ya upandikizaji wa ioni na kipimo.
III
Uamilisho mchakato wa annealing kwa silicon CARBIDE ioni upandikizaji
Mkusanyiko, eneo la usambazaji, kiwango cha kuwezesha, kasoro katika mwili na juu ya uso wa upandikizaji wa ion ni vigezo kuu vya mchakato wa uwekaji wa ioni. Kuna mambo mengi yanayoathiri matokeo ya vigezo hivi, ikiwa ni pamoja na dozi ya kupandikiza, nishati, mwelekeo wa kioo wa nyenzo, joto la kupandikiza, joto la annealing, wakati wa annealing, mazingira, nk. Tofauti na doping ya ioni ya silicon, bado ni vigumu kabisa ionize. uchafu wa silicon carbudi baada ya ion upandikizaji doping. Kwa kuchukua kiwango cha ioni cha kipokeaji cha alumini katika eneo lisilo na upande wa 4H-SiC kama mfano, katika mkusanyiko wa doping wa 1×1017cm-3, kiwango cha ioni cha kukubalika ni takriban 15% kwenye joto la kawaida (kawaida kiwango cha ioni cha silicon ni takriban. 100%). Ili kufikia lengo la kiwango cha juu cha kuwezesha na kasoro chache, mchakato wa uwekaji wa halijoto ya juu utatumika baada ya kupandikizwa kwa ayoni kusawazisha tena kasoro za amofasi zinazozalishwa wakati wa upandikizaji, ili atomi zilizopandikizwa ziingie kwenye tovuti ya uingizwaji na kuwashwa, kama inavyoonyeshwa. katika Mchoro wa 5. Kwa sasa, uelewa wa watu wa utaratibu wa mchakato wa annealing bado ni mdogo. Udhibiti na uelewa wa kina wa mchakato wa uwekaji wa anneal ni mojawapo ya mambo yanayolenga utafiti wa upandikizaji wa ayoni katika siku zijazo.
Mchoro 5 Mchoro wa mpangilio wa mabadiliko ya mpangilio wa atomiki kwenye uso wa eneo la upandikizaji wa ioni ya silicon CARBIDE kabla na baada ya kupandikizwa kwa ioni, ambapo V.siinawakilisha nafasi za kazi za silicon, VCinawakilisha nafasi za kaboni, Ciinawakilisha atomi za kujaza kaboni, na Siiinawakilisha atomi za kujaza silicon
Uamilisho wa ioni kwa ujumla hujumuisha uwekaji wa tanuru, uondoaji wa haraka wa anneal na laser. Kutokana na usablimishaji wa atomi za Si katika nyenzo za SiC, halijoto ya annealing kwa ujumla haizidi 1800℃; anga ya annealing kwa ujumla unafanywa katika gesi ajizi au utupu. Ioni tofauti husababisha vituo tofauti vya kasoro katika SiC na zinahitaji halijoto tofauti za uchujaji. Kutokana na matokeo mengi ya majaribio, inaweza kuhitimishwa kuwa kadiri halijoto ya annealing inavyoongezeka, ndivyo kasi ya kuwezesha inavyoongezeka (kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 6).
Mchoro 6 Athari ya halijoto ya kuchuja kwenye kiwango cha kuwezesha umeme wa upandikizaji wa nitrojeni au fosforasi katika SiC (kwenye joto la kawaida)
(Jumla ya kipimo cha kupandikiza 1×1014cm-2)
(Chanzo: Kimoto, Cooper, Misingi ya Teknolojia ya Silicon Carbide: Ukuaji, Tabia, Vifaa, na Matumizi)
Mchakato wa uanzishaji unaotumika kwa kawaida baada ya kupandikizwa kwa ioni ya SiC unafanywa katika angahewa ya Ar katika 1600℃~1700℃ ili kusawazisha uso wa SiC na kuamilisha dopant, na hivyo kuboresha upitishaji wa eneo la doped; kabla ya kuchujwa, safu ya filamu ya kaboni inaweza kupakwa juu ya uso wa kaki kwa ajili ya ulinzi wa uso ili kupunguza uharibifu wa uso unaosababishwa na kuharibika kwa Si na uhamaji wa atomiki ya uso, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 7; baada ya annealing, filamu ya kaboni inaweza kuondolewa kwa oxidation au kutu.
Mchoro 7 Ulinganisho wa Ukwaru wa uso wa vifurushi vya 4H-SiC vilivyo na au bila ulinzi wa filamu ya kaboni chini ya 1800 ℃ ya joto la kupenyeza.
(Chanzo: Kimoto, Cooper, Misingi ya Teknolojia ya Silicon Carbide: Ukuaji, Tabia, Vifaa, na Matumizi)
IV
Athari za upandikizaji wa ioni ya SiC na mchakato wa uanzishaji wa annealing
Uwekaji wa ioni na uanzishaji unaofuata wa uanzishaji bila shaka utaleta kasoro zinazopunguza utendakazi wa kifaa: kasoro changamano za pointi, hitilafu za kutundika (kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 8), kutengana kupya, kasoro za kiwango cha chini au cha kina cha nishati, mizunguko ya kutenganisha ndege ya msingi na harakati za mitengano iliyopo. Kwa kuwa mchakato wa mabomu ya ioni ya juu ya nishati utasababisha mkazo kwa kaki ya SiC, mchakato wa upandikizaji wa ioni za joto la juu na zenye nishati nyingi utaongeza karatasi ya kaki. Shida hizi pia zimekuwa mwelekeo ambao unahitaji kuboreshwa haraka na kusoma katika mchakato wa utengenezaji wa uwekaji wa ioni ya SiC na uwekaji wa annealing.
Mchoro 8 Mchoro wa mpangilio wa kulinganisha kati ya mpangilio wa kimiani wa 4H-SiC na hitilafu tofauti za mrundikano.
(Chanzo: Nicolὸ Piluso 4H-SiC Defects)
V.
Uboreshaji wa mchakato wa uwekaji wa ioni za silicon carbudi
(1) Filamu nyembamba ya oksidi huhifadhiwa kwenye uso wa eneo la upandikizaji wa ayoni ili kupunguza kiwango cha uharibifu wa upandikizaji unaosababishwa na upandikizaji wa ayoni yenye nishati nyingi kwenye uso wa safu ya epitaksia ya silicon carbide, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 9. (a) .
(2) Boresha ubora wa diski inayolengwa katika vifaa vya upandikizaji wa ioni, ili kaki na diski inayolengwa zilingane kwa ukaribu zaidi, upitishaji wa mafuta ya diski inayolengwa kwa kaki ni bora zaidi, na vifaa hupasha joto nyuma ya kaki. kwa usawa zaidi, kuboresha ubora wa upandikizaji wa ioni za halijoto ya juu na zenye nishati nyingi kwenye kaki za kaboni za silicon, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 9. (b).
(3) Kuboresha kiwango cha kupanda kwa joto na usawa wa halijoto wakati wa uendeshaji wa kifaa cha kupenyeza joto la juu.
Mchoro wa 9 Mbinu za kuboresha mchakato wa upandikizaji wa ioni
Muda wa kutuma: Oct-22-2024