Four de diffusion
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Four de diffusion

Dopage de semi-conducteurs

Un semi-conducteur est un matériau qui est conducteur à des conditions spéciales, contrairement aux métaux qui sont conducteurs permanentes et isolateurs qui sont non-conducteurs. Semi-conducteurs typiques sont le silicium et le germanium (4ème groupe du PSE). Semi-conducteurs composés sont III/V semi-conducteurs comprenant des éléments du groupe 3ème et 5ème du tableau périodique des éléments PSE, comme Galliumarsenide GaAs ou Indiumphosphide InP. Semi-conducteurs composés II/VI sont constituée par des éléments du 2ème et 6ème groupe de PSE comme Cadmiumsulfide CdS. Afin d'ajuster la conductivité de ces semi-conducteurs, des petite quantités de dopants sont injectés dans le matériau en vrac, qui ont généralement un électron de plus ou moins en comparaison avec le matériau principal. Électrons excessifs sont disponibles et le résultat est négatif n-conductivité ou des électrons sont disparues. Trous conduire à un effet positif p-conductivité.
Le silicium est le matériau semi-conducteur le plus utilisé et pour n-dopage phosphore est utilisé fréquemment. P-dopage est effectué avec du bore en général.

Dopage par Implantation Ionique

Le matériau semi-conducteur est dopé par le bombardement d'ions dans en implanteur ionique. La profondeur de pénétration des dopants dépend de l'accélération de l'implanteur d'ions. Après l'implantation, une activation ou recuit est nécessaire. A cet effet, les fours de diffusion sont utilisés.

Dopage par Fours

Le dopand est insérée dans le silicium par diffusion dans un four de diffusion. Le dopage peut être réalisé par le dopage source solide (dopage des plaquettes), par le liquide source comme par exemple le dopage TMB (triméthylborate, (CH3O)3B) ou TMP (triméthylphosphite, (CH3O)3P) ou d'oxychlorure de phosphore POCl3 et par le dopage gazeux comme borane BH3, phosphane PH3. POCl3, TMB et TMP ont gagné l'acceptation significative. Les prestations sont la facilité de la manipulation d'une source liquide, de moins dangers pour la santé et pureté améliorée. Le liquide est fourni dans un bulleur. L'azote passe à un bien définie température par le liquide et porte le dopant. Les températures typiques de dopage sont de 800 - 900°C. Recuit étapes permettent l'activation et la diffusion des dopants dans le silicium.

L'activation et la diffusion des dopants

Après le dopage par l'implanteur ionique, une partie des dopants ne sont pas encore actif électriquement. D'une process de recuit, l'activation peut être effectuée. Par un traitement thermique prolongé des plaquettes semi-conductrices, les dopants diffuse dans la matière et créer une plus grande distribution de la profondeur. Dans un four de diffusion le profil de dopage peut être ajustée.

Fours de dopage et fours de diffusion

Pour le dopage dans le four, ainsi que pour l'activation et la diffusion des dopants dans la production de circuits intégrés modernes, les fours verticaux sont utilisés. Ils sont disponibles en différents modèles et tailles, pour la recherche et le développement (Koyo VF1000), et aussi pour la production de masse (Koyo VF5100/VF5300 ou Koyo VF5700/VF5900). Koyo fours verticaux sont équipés d'un LGO élément chauffant, ce qui permet d'économiser des coûts.

Four à Diffusion VF1000    Four à Diffusion VF5300    Four à Diffusion VF5900

Le dopage des cellules solaires

Deux techniques sont utilisées:
1- Dépôt d'un film de verre de phosphore et diffusion par traitement thermique dans un four à passage : conveyor furnace. Le film préalablement déposé devra être ensuite enlevé.
2- Utilisation d'un gaz réactif (POCl3) dans un four de diffusion à haute température: horizontal furnaces. C'est aujourd'hui cette méthode qui est la plus utilisée.

four à passage   four horizontal

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