Aký je rozdiel medzi topingom arzénu a dopingom fosforu v jednom kryštálovom kremíku

Obaja sú polovodičom typu N, ale aký je rozdiel medzi dopingom arzénu a fosforu v kremíku s jedným kryštrom? V jednovrokryštálovom kremíku sa arzén (AS) a fosfor (P) bežne používajú dopanty typu N (pentavalentné prvky, ktoré poskytujú voľné elektróny). Avšak v dôsledku rozdielov v atómovej štruktúre, fyzikálnych vlastnostiach a charakteristikách spracovania sa ich dotingové účinky a scenáre aplikácie výrazne líšia.

I. Atómová štruktúra a účinky mriežky

Skreslenie atómového polomeru a mriežky

Fosfor (p): s atómovým polomerom približne 1,06 Á, o niečo menší ako kremík (1,11 Á), doping s tým, že vedie k menšiemu skresleniu kremíkovej mriežky, nižším napätím a lepšou stabilitou materiálu.

Arzén (AS): S atómovým polomerom približne 1,19 Á, väčší ako kremík, doping s tým, že vedie k väčšiemu skresleniu mriežky, potenciálne zavádza viac defektov a ovplyvňuje mobilitu nosiča.

Vo svojej polohe v kremíku pôsobia obaja dopanty predovšetkým ako substitučné dopanty (nahradenie atómov kremíka). Avšak kvôli svojmu väčšiemu polomeru má arzén horší mriežkový zápas so kremíkom, čo potenciálne vedie k zvýšeniu lokalizovaných defektov.

II. Rozdiely v elektrických vlastnostiach

Hladina energie darcu a ionizačná energia

Fosfor (P): Hladina energie darcu je približne 0,044 eV z dna vodivého pásma, čo vedie k nízkej ionizačnej energii. Pri izbovej teplote je takmer úplne ionizovaná a koncentrácia nosiča (elektrón) je blízko koncentrácie dopingu.

Arzén (AS): Hladina energie darcu je približne 0,049 eV z dna vodivého pásma, čo vedie k mierne vyššej ionizačnej energii. Pri nízkych teplotách je neúplne ionizovaný, čo vedie k koncentrácii nosiča o niečo nižšiu ako koncentrácia dopingu. Pri vysokých teplotách (napr. Nad 300 K) sa ionizačná účinnosť priblíži k fosforu.

Mobilita nosiča

Kremík dopovaný fosforom má menšie skreslenie mriežky a vyššiu mobilitu elektrónov (približne 1350 cm²/(v ・ s)).

Doping arzénu vedie k mierne nižšej mobilite elektrónov (približne 1300 cm²/(v ・ s)) v dôsledku skreslenia mriežky a väčšieho množstva defektov, ale rozdiel sa znižuje pri vysokých dopingových koncentráciách.

III. Charakteristiky difúzie a spracovania

Difúzny koeficient

Fosfor (P): Jeho difúzny koeficient v kremíku je relatívne veľký (napr. Približne 1E-13 cm²/s pri 1100 ° C). Jeho rýchlosť difúzie je rýchla pri vysokých teplotách, takže je vhodná na vytvorenie hlbokých križovatiek (ako je emitor bipolárneho tranzistora).

Arzén (AS): Jeho difúzny koeficient je relatívne malý (približne 1E-14 cm²/s pri 1100 ° C). Jeho difúzna rýchlosť je pomalá, vďaka čomu je vhodná na vytvorenie plytkých križovatiek (ako je oblasť zdroja/odtoku MOSFET a ultrah sa skriňových spojovacích zariadení).

Solídna rozpustnosť

Fosfor (P): Jeho maximálna tuhá rozpustnosť v kremíku je približne 1 x 10² atómov/cm3.

Arzén (AS): Jeho pevná rozpustnosť je ešte vyššia, približne 2,2 × 10²¹ atómov/cm³. To umožňuje vyššie koncentrácie dopingu a je vhodné pre ohmické kontaktné vrstvy, ktoré si vyžadujú vysokú vodivosť.

Charakteristika implantácie iónov

Atómová hmotnosť arzénu (74,92 U) je oveľa väčšia ako hmotnosť fosforu (30,97 U). Iónová implantácia umožňuje kratší rozsah a plytšiu hĺbku implantácie, vďaka čomu je vhodná na presnú kontrolu nad plytkými hĺbkami križovatky. Na druhej strane fosfor vyžaduje hlbšie hĺbky implantácie a kvôli jeho väčšiemu difúznemu koeficientu je ťažšie kontrolovať.

Kľúčové rozdiely medzi arzénom a fosforom ako dopantmi typu N v jednokryštálovom kremíku možno zhrnúť takto: fosfor je vhodný pre hlboké spojenie, stredne až vysoký doping koncentrácie, jednoduché spracovanie a vysoká mobilita; Zatiaľ čo arzén je vhodný pre plytké križovatky, vysoko koncentračný doping, presnú kontrolu hĺbky spojenia, ale s významnými mriežkovými účinkami. V praktických aplikáciách musí byť vhodný dopant vybraný na základe štruktúry zariadenia (napr. Požiadavky na hĺbku spojenia a koncentrácie), podmienok procesu (napr. Parametre difúzie/implantácie) a cieľov výkonnosti (napr. Mobilita a vodivosť).

Semicorex ponúka vysoko kvalitný jednokryštálKremíkové výrobkyv polovodiče. Ak máte akékoľvek otázky alebo potrebujete ďalšie podrobnosti, neváhajte a kontaktujte nás.

Kontakt Telefón # +86-13567891907

E -mail: sales@semicorex.com