Kakšna je razlika med dopingom arzena in dopingom fosforja v enojnem kristalnem siliciju

Oba sta polprevodnika tipa N, toda kakšna je razlika med arzenom in fosforjevim dopingom v enokristalnem siliciju? V enokristalnem siliciju sta arzen (AS) in fosfor (P) običajno uporabljena N-tipa dopanta (pentavalentni elementi, ki zagotavljajo proste elektrone). Vendar pa se zaradi razlik v atomski strukturi, fizikalnih lastnostih in lastnosti obdelave njihovi učinki dopinga in scenarijev uporabe bistveno razlikujejo.

I. Atomska struktura in učinki rešetke

Atomski polmer in popačenje rešetk

Fosfor (P): z atomskim polmerom približno 1,06 Å, nekoliko manjši od silicija (1,11 Å), doping z AS povzroči manj izkrivljanja silicijeve rešetke, nižjim stresom in boljšo stabilnostjo materiala.

Arzen (AS): z atomskim polmerom približno 1,19 Å, večji od silicija, doping z AS povzroči večje popačenje rešetk, kar lahko uvede več napak in vpliva na mobilnost nosilcev.

V svojem položaju znotraj silicija oba dopanta delujeta predvsem kot nadomestni dopants (nadomeščanje silicijevih atomov). Vendar pa ima zaradi večjega polmera arzen slabšo rešetko s silicijem, kar lahko privede do povečanja lokaliziranih napak.

Ii. Razlike v električnih lastnostih

Raven energije in ionizacijske energije darovalca

Fosfor (P): Raven energije darovalca je približno 0,044 eV od dna prevodnega pasu, kar ima za posledico nizko ionizacijsko energijo. Pri sobni temperaturi je skoraj popolnoma ioniziran, koncentracija nosilne (elektrona) pa je blizu koncentracije dopinga.

Arzen (AS): raven energije darovalca je približno 0,049 eV od dna prevodnega pasu, kar ima za posledico nekoliko večjo ionizacijsko energijo. Pri nizkih temperaturah je nepopolno ioniziran, kar ima za posledico koncentracijo nosilca nekoliko nižjo od dopinške koncentracije. Pri visokih temperaturah (npr. Nad 300 K) se ionizacijska učinkovitost približa učinkovitosti fosforja.

Mobilnost prevoznika

Fosforni silicij, ki ga dopirajo fosfor, ima manj popačenja rešetk in večjo mobilnost elektronov (približno 1350 cm²/(v ・ s)).

Arzen doping povzroči nekoliko nižjo mobilnost elektronov (približno 1300 cm²/(V ・ s)) zaradi izkrivljanja rešetk in več napak, vendar se razlika zmanjša pri visokih koncentracijah dopinga.

Iii. Značilnosti difuzije in obdelave

Koeficient difuzije

Fosfor (P): Njegov difuzijski koeficient v siliciju je relativno velik (npr. Približno 1E-13 cm²/s pri 1100 ° C). Njegova hitrost difuzije je hitra pri visokih temperaturah, zaradi česar je primeren za oblikovanje globokih stičišč (kot je oddajalec bipolarnega tranzistorja).

Arzen (AS): Njegov difuzijski koeficient je sorazmerno majhen (približno 1e-14 cm²/s pri 1100 ° C). Njegova hitrost difuzije je počasna, zaradi česar je primerna za oblikovanje plitvih stičišč (na primer izvorno/odtočno območje MOSFET in naprav za ultra-dolične stične naprave).

Trdna topnost

Fosfor (P): Njegova največja trdna topnost v siliciju je približno 1 × 10²¹ atomi/cm³.

Arzen (AS): Njegova trdna topnost je še večja, približno 2,2 × 10²¹ atomi/cm³. To omogoča večje koncentracije dopinga in je primerno za ohmične kontaktne plasti, ki zahtevajo visoko prevodnost.

Značilnosti ionske implantacije

Atomska masa arzena (74,92 U) je veliko večja kot pri fosforju (30,97 U). Ionska implantacija omogoča krajši razpon in plitveno globino implantacije, zaradi česar je primeren za natančen nadzor plitvih globin stika. Fosfor na drugi strani zahteva globlje globine implantacije in je zaradi večjega difuzijskega koeficienta težje nadzorovati.

Ključne razlike med arzenom in fosforjem kot N-tipa dopanti v enokristalnem siliciju je mogoče povzeti na naslednji način: fosfor je primeren za globoka stičišča, srednje do visoke koncentracije, preprosto obdelavo in visoko mobilnost; Medtem ko je arzen primeren za plitke stičišča, doping z visoko koncentracijo, natančen nadzor globine stika, vendar z pomembnimi učinki rešetke. V praktičnih aplikacijah je treba izbrati ustrezen dopant na podlagi strukture naprave (npr. Zahteve globine in koncentracije), pogojev procesa (npr. Parametri difuzije/implantacije) in cilji uspešnosti (npr. Mobilnost in prevodnost).

Semicorex ponuja visokokakovosten enojni kristalSilicijevi izdelkiv polprevodniku. Če imate kakršna koli vprašanja ali potrebujete dodatne podrobnosti, ne oklevajte in stopite v stik z nami.

Kontaktni telefon # +86-13567891907

E -pošta: sales@semiconex.com