Piec dyfuzyjny to piec służący do wprowadzania atomów domieszki do powierzchni półprzewodników w celu utworzenia połączeń. To urządzenie do obróbki cieplnej posiada cylindryczną komorę grzewczą, którą można umieścić poziomo lub pionowo. Doskonała jednorodność termiczna powierzchni równoodległych umożliwia obróbkę okrągłych elementów. Aby zachować ścisłą kontrolę atmosfery podczas całego procesu, piec może również pracować w warunkach częściowej próżni. Jest to ważne, aby zapewnić dyfuzję fazy gazowej do półprzewodnika w stanie stałym w idealnych warunkach, bez dodawania niepożądanych zanieczyszczeń.
Jakie jest zastosowanie pieca dyfuzyjnego?
Mówiąc prościej, piece rurowe, zwane piecami dyfuzyjnymi, są wykorzystywane w produkcji podzespołów elektronicznych . Służą one do wytwarzania implantowanych układów półprzewodnikowych poprzez domieszkowanie domieszkami płytek krzemowych o wysokiej czystości. Proces ten wymaga wysokiej precyzji pomiaru i stabilności sterowania, ponieważ odbywa się w bardzo wysokich temperaturach.
Większość pieców dyfuzyjnych zawiera trzy strefy grzewcze i kilka obwodów regulacji przepływu gazu . Niektóre operacje są również przeprowadzane w próżni. Piece dyfuzyjne są ustawione w stosach, co jest po prostu eleganckim określeniem, że są one ułożone jeden na drugim. Każdy palnik w stosie, który zazwyczaj składa się z 4 lub 5 palników, wymaga własnego, trójpętlowego regulatora temperatury.
Warto przeczytać: Czym jest krzem krystaliczny?
Czym są domieszki i półprzewodniki?
W piecu dyfuzyjnym płytka półprzewodnikowa jest podgrzewana do precyzyjnej temperatury, a następnie poddawana działaniu fazy parowej, czyli ruchu cząsteczek gazowych. Domieszkowanie to mechanizm, dzięki któremu faza ta dyfunduje do stałego podłoża na poziomie atomowym.
Krzem (S), półprzewodnik, charakteryzuje się nietypowymi właściwościami elektronicznymi, plasującymi się pomiędzy izolatorem a przewodnikiem. Domieszki są dodawane w celu modyfikacji tych właściwości i uczynienia ich idealnymi do produkcji elementów półprzewodnikowych. W wyniku ich dyfuzji do sieci krystalicznej i późniejszego unieruchomienia w strukturze atomowej, mogą one powodować nadmiar lub niedobór elektronów lub dziur elektronowych. To właśnie zmienia przepuszczalność półprzewodnikowego wafla.
Aby zwiększyć liczbę wolnych elektronów w strukturze atomowej płytki i uzyskać tak zwany półprzewodnik typu n, często stosuje się pierwiastki takie jak fosfor (P). Z kolei gal (Ga) można wykorzystać do dodania akceptora elektronów, generując dodatkowe poziomy energii elektronowo-dziurowej. Właśnie tak wygląda półprzewodnik typu n.
Zarówno zmiany chemiczne obecnie stosowane i badane jako domieszki do półprzewodników samoistnych, jak i różnice funkcjonalne między półprzewodnikami typu n i p są znaczne.
Polecane: Czym jest półprzewodnik amorficzny?
