نفوذ اتمی
نفوذ در مواد نیمه رسانا

مواد نیمه‌رسانا به‌علت ویژگی‌های منحصر به‌فردی که دارند، در صنعت الکترونیک نقش مهمی را ایفا می‌کنند.یکی از این ویژگی‌ها، قابلیت نفوذپذیری آنها می‌باشد. با نفوذ‌دادن مواد مختلف، به روش‌های مختلف، می‌توان در خواص و رفتار این‌گونه مواد تغییر ایجاد کرد، و با توجه به نیاز، از این مواد تغییر‌یافته استفاده کرد. یکی از کاربرد‌های نفوذ در مواد نیمه رسانا، ساختن ترانزیستور‌ها و دیود‌هاست. 
ترانزیستور‌ها از این فرایند، برای کنترل جریان الکتریکی استفاده می‌‌کنند. نفوذ می‌تواند به‌عنوان یک دروازه عمل کند و جریان الکتریکی و ولتاژ را تنظیم کند.هم‌چنین نفوذ در مواد نیمه‌رسانا در ساخت دیود‌ها نیز، یک فرآیند کلیدی به‌حساب می‌آید.
دیود های نیمه رسانا در مدار‌های الکتریکی کاربرد زیادی دارند و عمدتا هم از سیلیکون و ژرمانیوم ساخته می شوند. این دیود‌های همانند دیود‌های معمولی، دارای دو قطب آند و کاتد هستند و جریان الکتریکی را فقط در یک جهت از خود عبور می دهند.
در ادامه به انواع از نفوذ اشاره می‌شود:
۱-نفوذ حرارتی:
این نوع از نفوذ، به‌دلیل حرکت اتم‌ها در اثر افزایش دما رخ می‌دهد. وقتی دما زیاد می‌شود، انرژی جنبشی اتم‌ها و در نتیجه حرکت آن‌ها بیشتر می‌شود. اتم‌ها به اطراف خود حرکت می‌کنند، و در صورت ایجاد حفره، به داخل آن نفوذ می‌کنند.
هدف از این‌کار، بهبود خواص الکتریکی و حرارتی نیمه‌رسانا‌ها می‌باشد.
پس از به‌هم ریختن تعادل حرارتی، و به‌وجود آمدن ناهمگنی‌ها، خواص مکانیکی و الکتریکی نیمه رسانا ها تغییر می‌کنند.
۲-نفوذ جرمی:
در این نوع از نفوذ، اتم‌های سلول‌های مجاور، به علت فشار ناشی از برهم‌کنش بین اتم‌ها، و یا اعمال یک فشار خارجی، به داخل حفره‌ها رانده می‌شوند، و در ماده نفوذ پیدا می‌کنند. از این فرآیند‌ها در ساخت تراشه‌های الکترونیکی نیز استفاده می‌شود.
هم‌چنین، این فرآیند می‌تواند تصادفی باشد. به‌طوری که با حرکت تصادفی اتم‌ها، برخورد آن‌ها با یکدیگر، افزایش یا کاهش غلظت مناطقی خاص، و در نهایت نفوذ اتم ها در همدیگر، ساختار و در نهایت ویژگی‌های ماده اعم از خواص مکانیکی عوض می‌شوند.
نکته‌ی قابل توجه این است که هرچه دمای این فرآیند‌ها و زمان آن‌ها بیشتر باشد، ممکن است به افزایش نفوذ منجر شود.
شایان ذکر است که در تمام این فرآیند، میزان نفوذ، جرم ماده ی نفوذ داده شده، زمان نفوذ و سایر شرایط، به طور کاملا دقیقی کنترل‌می‌شود، و این فرایند، بسیار حساس و دقیق است.
۳- نفوذ نوری:
تابش نور با طول موج خاص، می‌تواند باعث برانگیخته‌شدن الکترون‌ها، و حتی در نهایت، کنده شدن آن‌ها بشود. در این روش، طول موج‌هایی کنترل شده به اتم تابش می‌شود، و باعث انتقال الکترون ها به لایه‌های بالاتر می‌شوند.گاهی نیز جذب فوتون‌ها توسط مواد نیمه رسانا، باعث ایجاد تغییرات خواص الکترونیکی آن‌ها می‌شود، و در شرایط کنترل شده، آن‌ها را بهبود می‌دهند.
۴- نفوذ یونی:
این نوع از نفوذ، به وسیله ی حرکت جریان یون‌ها درون نیمه رسانا انجام می‌شود.به طوری که از قسمت با غلظت بیشتر، به قسمت با غلظت کمتر می‌روند.
افزودن دوپانت‌ها به سیلیکون:
یکی از پرکاربردترین نیمه رسانا ها، سیلیکون است، که با اعمال تغییرات در آن، و نفوذ مواد مختلف در آن، موادی جدید، با خواص جدید تولید می‌شوند.
یک مثال از این فرآیند، افزودن یا حذف دوپانت‌ها به سیلیکون است.
تعداد کمی از دوپانت‌ها هستند که می توانند هدایت الکتریکی نیمه رسانا‌ها را تغییر دهند. دو نوع دوپینگ انجام می شود:
-دوپینگ سبک:
زمانی که به‌ازای حدود هر ۱۰۰ میلیون اتم ماده ی اصلی، یک اتم دوپانت اضافه‌شود، دوپینگ سبک نامیده می‌شود.
-دوپینگ سنگین:
زمانی که به‌ازای حدود هر ۱۰هزار  اتم ماده ی اصلی، یک اتم دوپانت اضافه‌شود، دوپینگت سنگین نامیده می‌شود.
افزودن دوپانت‌ها باعث افزایش هدایت الکتریکی سیلیکون می‌شود، و هم‌چنین باند‌های انرژی آن‌را تغییر می‌دهد. این نوع نفوذ، عموما به روش نفوذ حرارتی انجام می‌شود.
در این روش، سیلیکون را به همراه دوپانت‌ها در شرایط دمایی و فشاری مشخص قرار می‌دهند، تا به داخل آن نفوذ کنند.
این فرآیند چندین مرحله دارد که در زیر به آن اشاره می‌شود:
۱- آماده‌سازی سیلیکون:
نمونه‌ی سیلیکون که قرار است که دوپانت‌ها در آن نفوذ داده‌شوند، نیاز است که به خوبی تمیز شود، تا عاری از هرگونه گردوغبار و آلودگی باشد. در ابتدا سیلیکون را با مواد شوینده و گاها الکلی تمیز ‌می‌کنند.
در بعضی موارد، لایه‌های محافظتی همانند اکسید سیلیسیم اضافه می شود، تا از اکسید‌شدن ماده جلوگیری کند، و همچنین اجازه‌ی پخش کامل دوپانت‌ها را به درون سیلیکون ندهد.
۲-آماده سازی دوپانت:
در ابتدا دوپانت مناسب با توجه به کاربرد موردنظر باید انتخاب شود.در بسیاری از موارد عناصری همانند فسفر، بور، آنتیموان، گالیم و ایندیم استفاده می شود. به‌طور مثال از گاز فسفین برای تهیه فسفر استفاده می‌شود.
نکته‌ی قابل توجه این است که دوپانت‌ها هم باید کاملا تمیز بشوند و عاری از هرگونه ناخالصی باشند. در غیر این‌صورت، ممکن است واکنش‌های ناخواسته‌ای همانند اکسید‌شدن، تقطیر، گسیل و… نیز در این بین صورت بگیرد، که مطلوب نباشد، و روند را تحت تاثیر قرار بدهد.
۳-انجام نفوذ:
فرآیند نفوذ معمولا در دما و فشار بالا صورت می‌گیرد. به‌طور مثال، در فرآیند نفوذ بور در سیلیکون، دما در محدوده‌ی صد‌ها درجه‌ی سانتی‌گراد متغیر است. مدت زمان واکنش هم می‌تواند از چند دقیقه تا چند ساعت متغیر باشد. بعنوان مثالی دیگر، نفوذ فسفر در سیلیکون، نیازمند دمایی در حدود ۸۰۰-۱۲۰۰ درجه‌ی سانتی‌گراد است، و زمان این واکنش گاهی طولانی تر از زمان واکنش بور در سیلیکون می‌شود.
۴- پس‌‌پردازش:
پس از انجام نفوذ، باید تمام لایه‌های نفوذی، خواص الکتریکی و گرمایی آن‌ها کنترل‌شود.
نفوذ اتمی در یک شبکه مکعبی: توجه داشته باشید که اتم ها اغلب جلوی یکدیگر را برای حرکت به مکان‌های مجاور می‌گیرند. طبق قانون فیک، شار خالص (یا حرکت اتم‌ها) همیشه در جهت مخالف گرادیان غلظت است .
تهی جایی
ترانزيستور
سیلیکون
نفوذ در SiO2