O dióxido de silício dopado é criado através da deposição química de vapor (CVD), introduzindo gases dopantes como a fosfina (PH₃) ou o diborano (B₂H₆) juntamente com precursores de silício e oxigénio. O processo envolve um controlo preciso da temperatura e do fluxo de gás para obter concentrações uniformes de dopagem, com aplicações que vão desde o fabrico de semicondutores a revestimentos biomédicos. Os principais métodos incluem LPCVD, APCVD e PECVD, cada um oferecendo vantagens distintas em termos de qualidade de deposição e requisitos de temperatura.
Pontos-chave explicados:
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Mecanismos de dopagem em CVD
- Dopagem com fósforo: Utiliza o gás fosfina (PH₃) para criar vidro dopado com fósforo (vidro P), que melhora a suavidade da superfície a altas temperaturas (>1000°C).
- Dopagem com boro: Introduz o diborano (B₂H₆) para formar o vidro borofosfosilicato (BPSG), que flui a temperaturas mais baixas (~850°C) para uma melhor cobertura de etapas em dispositivos semicondutores.
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Sistemas precursores para a deposição de dióxido de silício
- Silano (SiH₄) + Oxigénio (O₂): Funciona a 300-500°C, ideal para aplicações a baixa temperatura.
- Diclorosilano (SiH₂Cl₂) + Óxido Nitroso (N₂O): Requer ~900°C, produzindo filmes de alta pureza.
- Tetraetilortosilicato (TEOS): Deposita-se a 650-750°C, oferecendo uma excelente conformidade para geometrias complexas.
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Técnicas e equipamento de CVD
- LPCVD/APCVD: Utilizado para películas uniformes a alta temperatura no fabrico de semicondutores.
- Máquina PECVD: Permite a dopagem a baixa temperatura (por exemplo, revestimentos biomédicos) por ativação de plasma, essencial para substratos sensíveis à temperatura.
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Vantagens do processo
- Controlo preciso da espessura, composição e níveis de dopagem da película.
- Revestimentos de elevada pureza e sem defeitos, adequados para ambientes agressivos (por exemplo, camadas resistentes à oxidação).
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Desafios
- Elevados custos de equipamento e configuração complexa (por exemplo, sistemas de manuseamento de gás).
- Escalabilidade limitada para produção em massa em comparação com os métodos de deposição física.
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Aplicações
- Semicondutores: Óxidos dopados para dieléctricos entre camadas ou barreiras de difusão.
- Biomédicas: Revestimentos biocompatíveis depositados por PECVD para sensores ou sistemas de administração de medicamentos.
Ao selecionar os precursores, os dopantes e o método CVD corretos, os fabricantes podem adaptar as películas de dióxido de silício dopado a requisitos de desempenho específicos, equilibrando as restrições de temperatura e as propriedades do material.
Tabela de resumo:
| Aspeto | Detalhes |
|---|---|
| Dopantes | Fosfina (PH₃) para vidro P, Diborano (B₂H₆) para BPSG |
| Precursores | Silano (SiH₄), Diclorosilano (SiH₂Cl₂), TEOS |
| Métodos CVD | LPCVD, APCVD (alta temperatura), PECVD (baixa temperatura) |
| Aplicações principais | Semicondutores (dieléctricos entre camadas), Biomédica (revestimentos biocompatíveis) |
| Desafios | Elevados custos de equipamento, escalabilidade limitada |
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