Micro e nanotecnologia/Microtecnologia/Processi successivi/Diffusione: differenze tra le versioni

Il processo di diffusione è descritto in prima approssimazione da due leggi: la prima e la seconda [[w:Legge_di_Fick|legge di Fick]]. In un sistema (solido, liquido o gassoso) detta <math>n\ </math> la concentrazione (per unità di volume) di un certo materiale (in questo caso specifico il drogante) esso si muoverà con una velocità media <math>\vec v\ </math> dalle zone con maggiore concentrazione a quelle con minore concentrazione. Posso quindi definire una grandezza che rappresenta il flusso di materiale <math>\vec J=n\vec v\ </math> (cioè una grandezza vettoriale che ha le dimensioni di un inverso di una superficie e di un tempo).

<math>\, D</math> è il coefficiente di diffusione che ha per dimensioni di [l² t^-1], in genere viene misurato in cm²s^-1. Nel caso dei solidi la costante di diffusione dipende sia dal materiale diffondente (ad esempio Fosforofosforo, Arsenicoarsenico, Boroboro) chesia dalla matrice in cui diffonde (ad esempio Siliciosilicio). La costante di diffusione nei solidi segue la [[w:Legge_di_Arrhenius|legge di Arrhenius]]:

tra 0.,5 e 1.,5 eV se il meccanismo di trasporto è attraverso [[w:Difetto_interstiziale| difetti interstiziali]], cioè posizioni naturalmente presenti nel reticolo in cui non vi sono atomi. Se invece il meccanismo di trasporto è determinato da mancanza di atomi nelle posizioni del reticolo regolare le cosidettecosiddette [[w:Difetto_di_vacanza|vacanze]], si ha un diverso meccanismo di trasporto caratterizzato da una maggiore energia di attivazione in genere compresa tra 3 e i 5 eV. La misura della variazione con la temperatura della costante di diffusione permette di distinguere molto facilmente i due meccanismi. Ad esempio l'oro e il sodio diffondono attraverso i difetti interstiziali (e hanno una costante di diffusione molto elevata). Mentre il fosforo, il boro e l'arsenico diffondono attraverso le vacanze (con costanti di diffusione di molti ordini di grandezza più piccole di quelle dell'oro.

In particolare la costante di diffusione del Fosforofosforo nel Siliciosilicio a 1100 °C

vale <math>2\times 10^{-13}\ cm^{2}/s</math>. Mentre quella dell'Arsenicoarsenico o del Boroboro vale alla stessa temperatura <math>1\times 10^{-13}\ cm^{2}/s</math>.

Da un punto di vista pratico, in genere si vuole drogare selettivamente alcune regioni del wafer e non altre adiacenti. La regione da drogare viene selezionata utilizzando una maschera o di photoresist o di un materiale che impedisca la diffusione del drogante. Una volta raggiunta la concentrazione desiderata, è sufficiente abbassare la temperatura dei wafer, estraendoli dalladal forno, infatti grazie alla forte dipendenza dalla temepratura la diffusione si blocca rapidamente.