EineDotierung oder dasDotieren (vonlateinischdotare ‚ausstatten‘) bezeichnet in derHalbleitertechnik das Einbringen vonFremdatomen in eine Schicht oder in das Grundmaterial einesintegrierten Schaltkreises. Die bei diesem Vorgang eingebrachte Menge ist dabei sehr klein im Vergleich zum Trägermaterial (zwischen 0,1 und 100 ppm). Die Fremdatome sindStörstellen imHalbleitermaterial und verändern gezielt die Eigenschaften des Ausgangsmaterials, d. h. das Verhalten der Elektronen und damit dieelektrische Leitfähigkeit. Dabei kann bereits eine geringfügige Fremdatomdichte eine sehr große Änderung der elektrischen Leitfähigkeit bewirken.
Auch in anderen Bereichen derMaterialwissenschaft wird der Begriff Dotierung in diesem Sinn gebraucht, z. B. allgemein bei stark verdünnten festen Lösungen (z. B.Lasermedien) oder der Dotierung von Salzen. In diesen Fällen wird die gezielte Dotierung durch eine eigene Schreibweise mit dem Doppelpunkt gekennzeichnet, beispielsweise ist die dotierte Verbindung La2O3:Eu (Europium-dotiertesLanthanoxid) durch die Zusammensetzung La2−xEuxO3 (typischerweise mit x < 0,1) charakterisiert. Weitere Beispiele sind Al2O3:Cr (Chrom-dotiertes Aluminiumoxid =Chromaluminiumoxide) oder In2O3:Sn (Zinn-dotiertes Indiumoxid =Indiumzinnoxid, kurz ITO).[1] Allerdings gibt es andere Schreibweisen, bei denen der Dotierstoff vorangestellt wird, so wird beim LasermediumNeodym-dotiertesYttrium-Aluminium-Granat häufig alsNd:YAG statt YAG:Nd dargestellt.
Es gibt verschiedene Dotierungsverfahren, z. B.Diffusion,Elektrophorese,Resublimation oder Beschuss mittels hochenergetischenTeilchenkanonen unterVakuum (Ionenimplantation).
Soll die elektrische Leitfähigkeit von Halbleitern geändert werden, dann wird zwischen p- und n-Dotierung unterschieden. Bei derp-Dotierung werden Fremdatome implantiert, die alsElektronen-Akzeptoren dienen. Bei dern-Dotierung werden hingegenElektronen-Donatoren implantiert. Für die Änderung der elektrischen Leitfähigkeit bei gängigen Halbleiterbauelementen ausSilicium oderGermanium (der viertenHauptgruppe) kommen für p-Gebiete die Elemente aus der dritten Hauptgruppe wie beispielsweiseBor,Indium,Aluminium oderGallium und für n-Gebiete die Elemente aus der fünften Hauptgruppe wie beispielsweisePhosphor,Arsen oderAntimon zum Einsatz.
DerIII-V-HalbleiterGalliumarsenid (GaAs) wird beispielsweise mit Elementen wieKohlenstoff positiv dotiert undTellur negativ dotiert.
Eine andere in der Mikroelektronik häufig genutzte Anwendung ist das Dotieren vonSiliciumdioxid mit Bor oder Phosphor. Das entstehendeBorphosphorsilikatglas (BPSG) hat einen um 600 bis 700Kelvin niedrigerenSchmelzpunkt als Siliciumdioxid. Dadurch eignet sich BPSG beispielsweise für die Planarisierung der Waferoberfläche mit Hilfe eines Reflow-Prozesses.
Am Beispiel von Silicium, dem meistverwendeten Basismaterial für Halbleiterbauelemente, soll nachfolgend kurz beschrieben werden, was unter n- und p-Dotierung (negativ- bzw.positiv-Dotierung) verstanden wird.
Ein Siliciumeinkristall besteht aus vierwertigen Siliciumatomen. Die vierValenzelektronen (Außenelektronen) eines jeden Siliciumatoms bauen vierkovalente Bindungen zu seinen Nachbaratomen auf und bilden dadurch die Kristallstruktur; dies macht alle vier Elektronen zuBindungselektronen.
Bei der n-Dotierung (n für die freibewegliche negative Ladung, die dadurch eingebracht wird) werden fünfwertige Elemente, die sogenanntenDonatoren, in das Siliciumgitter eingebracht und ersetzen dafür vierwertige Silicium-Atome. Ein fünfwertiges Element hat fünf Außenelektronen für kovalente Bindungen zur Verfügung, sodass beim Austausch eines Siliciumatoms durch ein Fremdatom im Kristall ein Außenelektron des Donators (quasi) frei beweglich zur Verfügung steht (eigentlich in einem Energieniveau dicht unterhalb des Leitungsbandes gebunden). Das Elektron bewegt sich beim Anlegen einer Spannung, diese Bewegung stellt einen Strom dar. An der Stelle des Donator-Atoms entsteht eine ortsfeste positive Ladung, der eine negative Ladung des freibeweglichen Elektrons gegenübersteht.
Bei der p-Dotierung (p für die freibewegliche positive Lücke, auch Loch oderDefektelektron genannt, die dadurch eingebracht wird) werden dreiwertige Elemente, die sogenanntenAkzeptoren, in das Siliciumgitter eingebracht und ersetzen dafür vierwertige Silicium-Atome. Ein dreiwertiges Element hat drei Außenelektronen für kovalente Bindungen zur Verfügung. Für die vierte fehlt im Siliciumkristall ein Außenelektron. Diese Elektronenfehlstelle wird als „Loch“ oder Defektelektron bezeichnet. Beim Anlegen einer Spannung verhält sich dieses Loch wie ein frei beweglicher positiver Ladungsträger (im Valenzband), es bewegt sich – analog zum negativ geladenen Elektron –, diese Bewegung stellt einen Strom dar. Dabei springt ein Elektron – angetrieben durch das äußere Feld – aus einer kovalenten Bindung heraus, füllt ein Loch und hinterlässt ein neues Loch. An der Stelle des Akzeptor-Atoms entsteht eine ortsfeste negative Ladung, der eine positive Ladung des freibeweglichen Loches gegenübersteht.
Die Bewegungsrichtung der Löcher verhält sich dabei entgegengesetzt zu der Bewegungsrichtung der Elektronen und somit in Richtung dertechnischen Stromrichtung.
Eine genauere Beschreibung derelektrischen Effekte erfolgt durch dasBändermodell.
In der Elektronik benötigt man Dotierungen mit unterschiedlichem Dotierungsgrad. Man unterscheidet hierbei starke Dotierung (n+; p+), mittlere Dotierung (n; p) und schwache Dotierung (n−, p−)
| Symbol | Verhältnisse inSi | Verhältnisse inGaAs |
|---|---|---|
| n− | ||
| p− | ||
| n | 1 Donator/107 Atome | |
| p | 1 Akzeptor/106 Atome | |
| n+ | 1 Donator/104 Atome | 1 Donator/104 Atome |
| p+ | 1 Akzeptor/104 Atome | |
| n++ | ||
| p++ | 1 Akzeptor/103 Atome |
Durch räumlich benachbarte unterschiedliche Dotierungsbereiche im Halbleiter kann so beispielsweise einp-n-Übergang mit einerRaumladungszone gebildet werden, welcher bei herkömmlichenDioden einegleichrichtende Wirkung zeigt. Durch komplexe Anordnungen von mehreren p-n-Übergängen können komplexe Bauelemente wie beispielsweiseBipolartransistoren innpn- oderpnp-Bauweise gebildet werden. Die Bezeichnungennpn oderpnp bei Bipolartransistoren bezeichnen die Abfolge der unterschiedlichen Dotierungsschichten. Mit vier oder mehr Dotierungsschichten werden unter anderemThyristoren bzw.Triacs gebildet.
Ähnlich wie bei anorganischen Halbleiterkristallen können auch die elektrischen Eigenschaften von elektrisch leitfähigen Polymeren, wiePolyanilin (PANI), undorganischen Halbleitern durch Dotierung verändert werden. DurchSubstitution von Kohlenstoffatomen in der Kettenstruktur des Polymers ändern sich die Bindungslängen. Auf diese Weise entstehen Zwischenenergieniveaus in den Energiebändern des Moleküls beziehungsweise des Halbleiters insgesamt, sogenanntePolaronen oderBipolaronen. Analog zu anorganischen Halbleitern wird die Dotierung in zwei Gruppen eingeteilt: Oxidationsreaktion (p-Dotierung) und Reduktionsreaktion (n-Dotierung).
Im Gegensatz zu anorganischen Halbleitern bewegt sich die Dotierungskonzentration in organischen Halbleitern bis in den Prozentbereich. Durch eine solch hohe Dotierung werden allerdings nicht nur die elektrischen, sondern auch alle anderen Eigenschaften des Materials verändert.
Zur Dotierung von Halbleitern können prinzipiell vier Verfahren bzw. Techniken für das Einbringen von Fremdatomen in ein Material unterschieden werden:
Darüber hinaus gibt es auch Techniken (unterschiedlich) dotierte Bereiche bereits während der Abscheidung eine Schicht (perchemische Gasphasenabscheidung oderEpitaxie) bzw. desKristallwachstums zu erzeugen.
Bei der Herstellung von Halbleiterprodukten können diese Techniken je nach Anwendung alternativ oder sich ergänzend genutzt werden. So können die unterschiedlich dotierten Bereiche vonBipolartransistoren sowohl mittels Diffusion, Legierung oder auch durch Ionenimplantation hergestellt werden. Die Wahl der entsprechenden Technik hängt dabei von verschiedenen Anforderungen und Rahmenbedingungen ab, z. B. Prozesskontrolle, thermisches Budget im Gesamtprozess, verfügbare Anlagen, Kontamiationsreduzierung oder schlicht den Kosten.
Die Legierungstechnik ist die älteste Methode zur Dotierung von Halbleitern in der Halbleitertechnik. Sie basiert auf der kontrollierten partiellen Auflösung des Halbleiters durch Bildung einer oberflächlichen Metall-Halbleiter-Schmelze und anschließender Rekristallisation.[2]
In einem ersten Schritt wird die Dotierstoffquelle auf das Zielmaterial aufgetragen, beispielsweise durchphysikalische Gasphasenabscheidung (PVD).Anschließend wird die Temperatur erhöht, dabei diffundiert ein Teil des Dotierstoffs oberflächlich in den Halbleiter und bildet beispielsweise im Fall von Aluminium in Silicium zunächst ein Metallsilicid.Es folgte eine weitere Temperaturerhöhung, bis die Oberfläche (das Silicid) anfängt zu schmelzen. Gleichzeitig diffundiert weiterer Dotierstoff in den Halbleiter ein und diese Bereiche werden ebenfalls angeschmolzen. Die Anschmelztiefe im Halbleiter wird über die Menge des abgeschiedenen Dotierstoffs und der Löslichkeit bei der Maximaltemperatur bestimmt. Dies ist von der Materialkombination abhängig und kann aus demPhasendiagramm ermittelt werden.Die Menge des abgeschiedenen Dotierstoffs bestimmt daher die Legierungstiefe und somit die spätere Lage des entstehenden pn-Übergangs.Im letzten Schritt erfolgt das langsame Abkühlen der Schmelze, so dass sie als hochdotierte Schichtepitaktisch auf dem Halbleiter rekristallisiert. Die Dotierungskonzentration verschiebt sich entsprechend der Löslichkeitskurve im Phasendiagramm.Soll die Dotierung nicht auf dem gesamten Halbleiter erfolgen, muss die Eindiffusion des Dotierstoffs und die Bildung der Schmelze den entsprechenden Bereichen (lokal) verhindert werden. Im Materialsystem Aluminium-Silicium kann dies durch eine ausreichend dicke Siliciumdioxidschicht erreicht werden, beispielsweise durch thermische Oxidation von Silicium, einer fotolithografischen Strukturierung und anschließender Ätzung der Oxidschicht.
Die Dotierung mittels Legierung wird stark durch das Phasendiagramm des Materialsystems geprägt. Das bedeutet es können zum einen nicht beliebige Dotierstoffe in einen Halbleiter eingebracht werden, zum anderen das die Dotierungskonzentration und auch die Lage des pn-Übergangs stark beschränkt ist. Die bekanntesten Legierungssysteme sind Indiumdotierung eines Germaniumkristalls und Aluminiumdotierung in Silicium.Heutzutage wird das Verfahren bei der Volumenproduktion von Halbleiterbauelementen nicht mehr in der angewendet. Neben Prozessherausforderungen (z. B. kommt es aufgrund der Sprödigkeit von Silizium-Legierungen leicht zu Rissen im pn-Übergang) ist es auch nur schwer für heute üblicheCMOS-Schaltungen anwendbar.
Unter Diffusion wird allgemein ein thermisch aktivierter Ausgleichsprozess eines Konzentrationsunterschieds in einem Festkörper, in Flüssigkeiten oder Gasen ohne äußere Einwirkung (z. B. ein elektrisches Feld) verstanden.Bei vorhandenem Konzentrationsunterschieden können Fremdatome bei ausreichend hohen Temperaturen in einen anderen Festkörper eindringen und sich dort bewegen. Dies kann auf drei Arten geschehen:
Die Beschreibung von Diffusionsvorgängen in Festkörpern erfolgt mittels derfickschen Gesetze. Sie hängen von verschiedenen Faktoren ab:
Wie schnell ein Dotierstoff sich im Kristall bewegt wird gemäß Fick über den Diffusionskoeffizient eines Stoffes beschrieben. Dieser ist abhängig von der Größe des Atoms und der Diffusionsart im Substrat, beispielsweise nimmt im Allgemeinen der Diffusionskoeffizient in Silizium von Arsen über Phosphor bis hin zu Bor zu. Aufgrund des kleinen Diffusionskoeffizienten und der sich daraus ergebenen notwendigen Prozesszeit eignet sich Arsen daher praktisch nicht, um eine Dotierung tief in den Kristall einzubringen, beispielsweise für die Herstellung der n-dotierten Wanne des CMOS-Prozesses.
Ein wichtiger Aspekt für die Diffusion und das daraus resultierende Dotierungsprofil ist wie erwähnt der Konzentrationsunterschied. Unterschiede ergeben sich vorrangig durch die Charakteristik der Dotierstoffquelle, daher werden zwei Fälle unterschieden: 1.) Diffusion aus unerschöpflicher Quelle und 2.) Diffusion aus erschöpflicher Quelle.Bei einer unerschöpflichen Dotierstoffquelle wird angenommen, dass die Dotierstoffkonzentration an der Oberfläche des Kristalls konstant ist und daher in die Tiefe diffundierte Fremdatome direkt aus der Dotierstoffquelle ersetzt werden. Daraus ergibt sich, dass mit zunehmender Diffusionszeit und -temperatur der Dotierstoff tiefer in den Kristall eindiffundiert und die Menge zunimmt. Die Konzentration an der Oberfläche bleibt dabei konstant. In der Praxis kann die Diffusion aus der Gasphase mit konstant gehaltener Dotierstoffkonzentration im Gasraum als unerschöpfliche Dotierstoffquelle angesehen werden.Bei einer Diffusion aus einer erschöpflichen Dotierstoffquelle ist die Dotierstoffmenge konstant. Mit zunehmender Diffusionszeit und -temperatur nimmt zwar die Eindringtiefe des Dotierstoff zu, gleichzeitig nimmt aber die Konzentration an der Oberfläche ab. Ein praktisches Beispiel ist die Diffusion aus einer Schicht auf der Oberfläche oder die Diffusion der Dotierstoffe nach dem Einbringen mittels Ionenimplantation.
Als Dotierstoffquelle werden üblicherweise keine reinen Elemente eingesetzt, da ihr Dampfdruck zu gering ist und sie schwer zu verdampfen sind. Üblicherweise werden daher leichte Moleküle eingesetzt, die aus gasförmigen, flüssigen oder festen Quellen erzeugt werden.In der Halbleitertechnik typische Gasquellen für die Dotierung von Silizium sindPhosphin (PH3) ,Diboran (B2H6) undArsin (AsH3) in einem Trägergas (Argon, Stickstoff) das in einen Quarzofen bei Temperaturen von 800–1200 °C über die Wafer geleitet wird.Typische flüssige Dotierstoffquellen sindBortribromid (BBr3) oderPhosphorylchlorid (POCl3) genutzt. Sie werden über einBubbler-System in das Trägergas gebracht und anschließend wie die Gasquellen über die Wafer geleitet. Über die Bubbler-Temperatur kann dabei die Konzentration im Gasraum vergleichsweise einfach kontrolliert werden und die Systeme sind einfacher und ungefährlicher zu handhaben.Feste Diffusionsquellen sind beispielsweiseBornitrid oder SiP2O7, die als „Quell-Wafer“ oder als Schicht auf einem Wafer zwischen die Wafer im Ofen gestellt werden. Bei hohen Temperaturen diffundiert ein Teil dieses Material in den Gasraum des Ofens.
Um Kristallbereiche gegen eine Eindiffusion zu schützen, werden die zu schützenden Bereiche Siliciumdioxid maskiert, das heißt, es wird eine ca. 300 nm dicke Siliciumoxidschicht aufgewachsen (vgl.thermische Oxidation von Silizium) und anschließend in den Bereichen für die Diffusion lokal entfernt. Da der Diffusionskoeffizient für typische Dotierstoffe in Siliciumoxid in der Regel mehrere Größenordnungen kleiner als für Silicium ist, können die Dotierstoffe das Oxid nicht durchdringen und so das Silicium nicht dotieren.
Auch das natürliche unregelmäßig dickes Silicium behindert die Diffusion aus dem Gasraum. Um ein gleichmäßiges Einbringen zu erreichen, wird daher oft ein gleichförmiges dünnes thermisches Oxid vor der Diffusion aufgewachsen.Zudem wird in der Praxis häufig ein zweistufiger Prozess gefahren, bei dem zunächst eine bestimmte Dotierstoffmenge bei mittleren Temperaturen in oder auf den Wafer gebracht wird und anschließend bei höheren Temperaturen in den Wafer eingetrieben wird. So können Eindringtiefe und Konzentration besser kontrolliert werden. Der erste Schritt kann auch als Oxidation ausgeführt werden, bei dem neben dem Dotierstoff und dem Trägergas zusätzlich Sauerstoff dem Gasraum zugeführt wird. Es bildet sich eine stark dotierte Silicatglasschicht die während des Eintreibens als erschöpfliche Quelle dient, besonders bei Phosphordotierungen.
Bei der Ionenimplantation werden geladene (Fremd-)Atome (Ionen) mithilfe eineselektrischen Feldes beschleunigt und anschließend auf das Ziel (z. B. einen Silicium-Wafer) geleitet. Entsprechende Fertigungsanlagen werden in der Halbleitertechnik alsIonenimplanter bezeichnet. Die auf das Zielmaterial gelenkten Ionen dringen in selbiges ein und wechselwirken mit ihm. Es kommt sowohl zuelastischen als auchunelastischen Stößen mit den Elektronen und Atomkernen. Dabei werden die Ionen zum einen gestreut, d. h., sie erfahren eine Richtungsänderung der Bewegung, zum anderen verlieren sie kinetische Energie (unelastische Stöße, elektronische Abbremsung).[3]
Im Gegensatz zur Diffusion liegt bei der Ionenimplantation das Maximum der Dotierung nicht an der Oberfläche des Zielmaterials, sondern in der Tiefe. Die Verteilung der Ionen im Zielmaterial hängt dabei von den Eigenschaften des Ions (Atommasse, Bremsquerschnitt, Energie usw.) und des Zielmaterials (Atommassen, Dichte, Kristallstruktur, Kristallrichtung usw.) ab. Grundsätzlich kann gesagt werden, dass leichtere Ionen (z. B. Bor) tiefer implantiert werden können als schwerere Ionen (z. B. Arsen). Die Dotieratome sind in der Tiefe näherungsweise normalverteilt, so dass sich in einer halblogarithmischen Darstellung ein parabelförmiges Profil der Dotandenkonzentration ergibt. Die mittlere Tiefe der Ionen wird als projizierte Reichweite bezeichnet. Sie ist für ein definiertes System, beispielsweise Phosphorionen auf ein Silicium-Ziel, hauptsächlich von der Beschleunigungsspannung für die Ionen und somit deren kinetischer Energie abhängig. Dies gilt strenggenommen aber nur für amorphe Ziele (vgl.LSS-Theorie). Bei kristallinen und vor allem einkristallinen Zielen sind die Atome im Mittel nicht gleich verteilt und es kann aufgrund der Kristallstruktur und dessen Ausrichtung zum Ionenstrahl zu starken Änderungen mittleren und individuellen Eindringtiefe kommen (vgl.Gitterführungseffekt). Dies kann durch einen anderen Einfallswinkel der Ionen, einen leicht versetzten Schnitt der Zielmaterialoberfläche zur problematischen Kristallrichtung oder durch Streuschichten reduziert werden. Die Höhe des Dotandenkonzentrationsprofils wird hingegen zusätzlich durch die „Dosis“, das heißt die Anzahl der Ionen pro Fläche, bestimmt. In der Halbleitertechnik bewegen sich die üblichen Dosen im Bereich von 1012−1015 cm−2. Die zugehörigen maximalen Dotandenkonzentration (in cm−3) liegt in der Regel 3–4 Größenordnungen höher. Da es sich bei der Ionenimplantation nicht um einen Nichtgleichgewichtsprozess handelt, können die Dotierungskonzentrationen gut eingestellt werden und sogar über der thermodynamischen Löslichkeitsgrenze liegen.
Die eingeschossenen Ionen erzeugen durch die elastischen Stöße mit den Atomkernen bereits bei kleinen Dosen Schäden im Kristall. Hierbei werden Bindungen im Kristall aufgebrochen und Atome des Ziels verschoben. Bei sehr hohen Dosen kann dies vor allem bei schweren Ionen zu einer Amorphisierung an der Oberfläche führen, was teilweise auch gezielt herbeigeführt wird. Nachdem die eingeschossenen Ionen ihre kinetische Energie abgegeben haben, lagern sie sich in der Regel auf Zwischengitterplätzen an.[3] Diese sind elektrisch nicht aktiv. Um die Kristallschäden zu beseitigen und die implantierten Ionen auf elektrisch wirksame (aktive) Gitterplätze diffundieren zu lassen, wird das Ziel daher eine Temperaturbehandlung unterzogen (das sogenannte „Ausgeheilen“). Dies erfolgt üblicherweise in einem Ofen (z. B. Oxidationsofen) 10–90 min bei mind. 900 °C oder, um die Diffusion gering zu halten bzw. besser zu kontrollieren, durchRapid Thermal Annealing (RTA) für wenige Sekunden bei ähnlichen Temperaturen. Dies ist möglich, da in erster Linie die Maximaltemperatur und nicht die Dauer der Temperaturbehandlung relevant ist.[3] Mit dem Einbau in das Kristallgitter des Ziels werden die Dotierungsprofile zudem stabilisiert, da die Diffusion auf Zwischengitterplätzen sehr viel schneller erfolgen würde. Es ist jedoch anzumerken, dass bei der Temperaturbehandlung auch in Abhängigkeit von dem eingesetzten Verfahren und den Prozessparametern nicht alle Ionen in das Kristallgitter eingebaut werden.
Bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen mittels Ionenimplantation sollen wie bei der Diffusion niemals alle Stellen gleich dotiert werden. Bereiche die nicht dotiert werden sollen, werden mit einer Maske abgedeckt. Oft reicht hierbei eine Fotolackmaske entsprechender Dicke. Es werden aber auch sogenannte Hardmasken aus Siliciumoxid, Siliciumnitrid oder Polysilicium genutzt. Zudem können bereits vorhandene Strukturen auf dem Ziel für selbstausrichtende Ionenimplantationsprozesse genutzt werden (vgl.Spacer-Technik).
Bei einigen Materialien, z. B. Silicium, kann eine Dotierung auch über die Bestrahlung mit Neutronen, beispielsweise in einem Schwerwasserreaktor, erreicht werden. DurchNeutronenanlagerung wird dabei dieMassenzahl einiger Atome um eins erhöht. Dies kann zu stabilen als auch instabilen Kernen führen, die sich entsprechend ihrerHalbwertzeit beispielsweise durch einenBetazerfall ein Isotop eines anderen Elements umwandeln. In speziellen Fällen können so Fremdatome in ein Ziel „eingebracht“ werden, beispielsweise niedrige Phosphordotierungen (< 1014 cm−3) mit höchster Gleichmäßigkeit in einem größeren Volumen aus Silicium. Höhere Dotierungen sind möglich, aber mit deutlich höheren Prozesszeiten (>100 h) verbunden und damit praktisch ohne Bedeutung.[4][5]
Vorteile der Neutronen-Transmutationsdotierung gegenüber der Dotierung während des Kristallziehens liegen in der sehr viel höheren Gleichmäßigkeit ohne Bildung vonStriations, das heißt, Dotierungs- bzw. Störungsschwankungen im Einkristall. Das Verfahren wurde ursprünglich für die Substratherstellung bzw. -dotierung von Leistungshalbleiterbauelementen eingesetzt, die sehr empfindlich ggü. Störungen und Schwankungen sind. Es ist aber ersichtlich, dass der technische Aufwand auch aus Strahlenschutzgründen problematisch ist, weswegen die Einkristallhersteller seit mehreren Jahren daran arbeiten, die Dotierung während der Kristallzucht zu verbessern und hier Fortschritte gemacht haben.[4][5]
Diffusion ist durch folgende Eigenschaften gekennzeichnet:
Die Ionenimplantation zeichnet sich hingegen durch folgende Eigenschaften aus:
Auch in der Mikrosystemtechnik werden gezielt Bereiche bzw. Schichten dotiert, um die Materialeigenschaften zu ändern. Dabei ist hier weniger die Beeinflussung der elektrischen Eigenschaften das Ziel, sondern möchte in der Regel chemische oder mechanische Eigenschaften ändern. Ein typisches Beispiel ist die Erzeugung einer Ätzstoppschicht für das (anisotrope) nasschemische Ätzen von Silicium, durch die gezielte Bordotierung von Silicium mit Konzentrationen größer 5·1019 cm−3. Solch hohe Bordotierungen führen zu hohen Konzentration von Defektelektronen, die mit den Silicium-Elektronen rekombinieren. Aus diesem Grund stehen nur wenige Elektronen für die Redoxreaktion alkalischer Ätzmittel mit Silicium zur Verfügung, was zu einer Abnahme der Reaktionsgeschwindigkeit und somit der Ätzgeschwindigkeit führt. Im Gegenzug führt der Einbau großer Bormengen zu einer Änderung der Gitterabstände und somit mechanischem Stress. Dies muss beachtet werden, falls die Ätzstoppschicht später weitergenutzt werden soll, beispielsweise als Membran in einem Drucksensor.
