Fração de boro cristalino de 99,9% em alvos de liga para pulverização catódica de semicondutores.
A fracção de boro cristalino (99,9%) serve como matéria-prima de fase sólida para alvos de ligas. Ao contrário do pó de boro amorfo, o boro cristalino apresenta uma estrutura ordenada, níveis de impurezas mais baixos e uma estabilidade térmica superior. As suas principais funções são as seguintes:
1. Fonte de dopante tipo P para controlo preciso da concentração de portadores
Como elemento do Grupo III, o boro cristalino atua como dopante substitucional do tipo P em filmes finos de silício, óxidos e ligas semicondutoras. Durante o processo de deposição por pulverização catódica, co-deposita-se com a liga na rede cristalina do filme. Pode substituir átomos da rede hospedeira e introduzir portadores de carga (lacunas) para atingir a condutividade do tipo P. A concentração de portadores pode ser continuamente ajustada (na gama de 10¹⁸–10²¹ cm⁻³) variando o teor de boro cristalino no alvo. Desta forma, a condutividade do filme aumenta duas ordens de grandeza, permitindo o controlo da resistividade. A sua estrutura cristalina estável minimiza a deriva da concentração de dopagem; comparação com o boro amorfo, reduz as fases de impurezas e os defeitos intersticiais, resultando numa uniformidade de dopagem superior.
2. Regulação da densidade de sinterização do alvo e da microestrutura para processos de pulverização catódica estáveis
Com um elevado ponto de fusão de 2076 °C e uma excelente estabilidade térmica, as partículas de boro cristalino funcionam como componentes de sinterização e agentes refinadores de grãos durante as etapas de prensagem a quente ou sinterização a vácuo no fabrico do alvo. A morfologia cristalina regular e o baixo teor de impurezas de oxigénio do boro cristalino inibem o crescimento anormal de grãos na matriz do alvo, reduzindo a porosidade. Assim, aumenta-se tanto a densidade do alvo como a resistência à flexão. Além disso, o coeficiente de expansão térmica estável do boro cristalino minimiza o fendilhamento térmico e a erosão localizada (descascamento) durante a pulverização catódica de alta potência. Isto melhora a estabilidade da descarga, reduz os defeitos nas partículas durante o processo e aumenta o rendimento de filmes finos no wafer. Em contraste, o boro amorfo contém níveis mais elevados de oxigénio adsorvido na superfície e defeitos — tornando-o propenso à formação de fases de impurezas durante a sinterização —, enquanto o boro cristalino com 99,9% de pureza limita eficazmente a introdução de impurezas de oxigénio.
3. Formação de fases de borido funcionais, conferindo elevada dureza e propriedades de barreira ao filme.
Sob pulverização catódica reativa ou pulverização catódica direta a partir de alvos de liga, os átomos de boro libertados do boro cristalino podem reagir *in situ* com metais como Ti, Mo, Al e Mg para formar boridos metálicos (por exemplo, TiB₂, MoB₂, AlMgB₁₄). Estes filmes de borido exibem uma elevada dureza e baixos coeficientes de difusão, tornando-os adequados para utilização como barreiras de difusão de metal e máscaras de gravação rígidas em aplicações de semicondutores. Bloqueiam a interdifusão de átomos de metal (como o Cu) em substratos de silício, aumentando assim a estabilidade térmica do dispositivo; simultaneamente, a sua elevada dureza melhora a resistência à gravação por plasma, cumprindo os rigorosos requisitos de mascaramento dos processos de fabrico avançados.
4. Modificação das interfaces do filme para melhorar a aderência e ajustar a tensão do filme.
Quando os átomos de boro cristalino são depositados na interface do substrato, formam uma fina camada de transição de boro que melhora a adesão interfacial com substratos de Si ou SiO₂. Um teor adequado de boro permite o ajuste da tensão interna do filme, atenuando as elevadas tensões compressivas ou de tração frequentemente encontradas nos filmes de metal puro e reduzindo o risco de empenamento ou delaminação. Além disso, os baixos níveis de impurezas do boro cristalino minimizam os contaminantes interfaciais, como o carbono e o oxigénio. Como resultado, há uma redução na densidade de estados de interface e na corrente de fuga do dispositivo.
5. Preparação de filmes funcionais especializados: deteção de neutrões e filmes semicondutores de banda proibida larga
O boro cristalino de elevada pureza é naturalmente enriquecido com o isótopo ¹⁰B; os filmes depositados por pulverização catódica contendo boro são utilizados em dispositivos semicondutores de deteção de neutrões, nos quais os átomos de boro capturam neutrões para gerar partículas alfa, excitando subsequentemente pares eletrão-buraco dentro do semicondutor para permitir a deteção do sinal de neutrões. Além disso, estes materiais podem ser utilizados para fabricar filmes semicondutores de banda proibida larga, como o fósforo negro (BP) e o nitreto de boro hexagonal (h-BN), servindo como componentes precursores para dispositivos bidimensionais e camadas dielétricas.
6.º Supressão da segregação do alvo para garantir a reprodutibilidade da composição do filme.
As partículas de boro cristalino possuem propriedades químicas estáveis e são resistentes à oxidação e aglomeração; consequentemente, apresentam uma dispersão superior em comparação com o boro amorfo durante as etapas de mistura de pós e sinterização no fabrico de alvos de liga. O boro cristalino é menos propenso ao enriquecimento ou segregação localizados, resultando numa variação mínima da composição do alvo entre lotes; durante a produção contínua por pulverização catódica, o teor de boro e os parâmetros elétricos dos filmes apresentam uma repetibilidade superior, cumprindo os rigorosos requisitos de estabilidade da janela de processo na produção em massa de semicondutores.
