Jaký je rozdíl mezi dopingem arsenu a dopingem fosforu v jednokrystalovém křemíku

Oba jsou polovodiče typu N, ale jaký je rozdíl mezi dopingem arsenu a fosforu v jednokrystalovém křemíku? V jednokrystalovém křemíku se arsen (AS) a fosfor (p) běžně používají dopanty typu N (pentavalentní prvky, které poskytují volné elektrony). Avšak vzhledem k rozdílům v atomové struktuře, fyzikálních vlastnostech a charakteristikách zpracování se jejich dopingové účinky a scénáře aplikací výrazně liší.

I. Atomová struktura a účinky mřížky

Atomový poloměr a zkreslení mřížky

Fosfor (P): s atomovým poloměrem přibližně 1,06 Á, o něco menší než křemík (1,11 Á), doping s AS má za následek menší zkreslení křemíkové mřížky, nižší napětí a lepší stabilitu materiálu.

Arsen (AS): s atomovým poloměrem přibližně 1,19 Á, větší než křemík, doping s AS vede k většímu zkreslení mřížky, potenciálně zavádí více defektů a ovlivňuje mobilitu nosiče.

Ve své poloze v křemíku oba dopanty primárně působí jako substituční dopanty (nahrazující atomy křemíku). Avšak vzhledem ke svému většímu poloměru má arsen horší mřížkovou shodu s křemíkem, což potenciálně vede ke zvýšení lokalizovaných defektů.

Ii. Rozdíly v elektrických vlastnostech

Hladina energie dárce a ionizační energie

Fosfor (P): Hladina energie dárce je přibližně 0,044 eV od dna vodivého pásma, což má za následek nízkou ionizační energii. Při pokojové teplotě je téměř úplně ionizovaná a koncentrace nosiče (elektronů) je blízko koncentrace dopingu.

Arsen (AS): Hladina energie dárce je přibližně 0,049 eV od dna vodivého pásma, což má za následek mírně vyšší ionizační energii. Při nízkých teplotách je neúplně ionizován, což vede k koncentraci nosiče o něco nižší než koncentrace dopingu. Při vysokých teplotách (např. Nad 300 K) se účinnost ionizace blíží účinnosti fosforu.

Mobilita nosiče

Křemík dopovaný fosforem má menší zkreslení mřížky a vyšší mobilitu elektronů (přibližně 1350 cm²/(V ・ s)).

Doping arsenu má za následek mírně nižší mobilitu elektronů (přibližně 1300 cm²/(V ・ s)) v důsledku zkreslení mřížky a více defektů, ale rozdíl se snižuje při vysokých koncentracích dopingu.

Iii. Charakteristiky difúze a zpracování

Difúzní koeficient

Fosfor (P): Jeho difúzní koeficient v křemíku je relativně velký (např. Přibližně 1e-13 cm²/s při 1100 ° C). Jeho rychlost difúze je rychlá při vysokých teplotách, takže je vhodná pro vytváření hlubokých křižovatek (jako je emitor bipolárního tranzistoru).

Arsen (AS): jeho difúzní koeficient je relativně malý (přibližně 1e-14 cm²/s při 1100 ° C). Jeho rychlost difúze je pomalá, takže je vhodná pro vytváření mělkých křižovatek (jako je zdrojová/vypouštěcí oblast zařízení MOSFET a Ultra Shallow křižovatka).

Pevná rozpustnost

Fosfor (P): Jeho maximální pevná rozpustnost v křemíku je přibližně 1 x 10²¹ atomy/cm³.

Arsen (AS): Jeho pevná rozpustnost je ještě vyšší, přibližně 2,2 x 10²¹ atomy/cm³. To umožňuje vyšší koncentrace dopingu a je vhodné pro ohmické kontaktní vrstvy vyžadující vysokou vodivost.

Charakteristiky implantace iontů

Atomová hmota arsenu (74,92 U) je mnohem větší než u fosforu (30,97 U). Implantace iontu umožňuje kratší rozsah a mělčí hloubku implantace, takže je vhodná pro přesnou kontrolu hloubky mělkého spojení. Na druhé straně fosfor, vyžaduje hlubší hloubky implantace a díky jeho většímu difúznímu koeficientu je obtížnější kontrolovat.

Klíčové rozdíly mezi arsenem a fosforem jako dopanty typu N v křemíku s jedním krystalem lze shrnout následovně: Fosfor je vhodný pro hluboké spoje, doping se středně vysokými koncentrací, jednoduché zpracování a vysokou mobilitu; Zatímco arsen je vhodný pro mělké křižovatky, doping s vysokou koncentrací, přesnou kontrolu hloubky křižovatky, ale s významnými mřížovými účinky. V praktických aplikacích musí být vhodný dopant vybrán na základě struktury zařízení (např. Požadavky na hloubku spojení a koncentraci), podmínkách procesních podmínek (např. Parametry difúze/implantace) a výkonnostních cílů (např. Mobilita a vodivost).

Semicorex nabízí vysoce kvalitní jednokrysstalKřemíkové výrobkyv polovodiči. Pokud máte nějaké dotazy nebo potřebujete další podrobnosti, neváhejte se s námi spojit.

Kontaktní telefon # +86-13567891907

E -mail: sales@semicorex.com