Verunreinigungsdoping ist ein sehr wichtiger Schritt in der Chipherstellung. Fast alle integrierten Schaltungen, LEDs, Stromversorgungsgeräte usw. erfordern Doping. Warum Doping? Was sind die Dopingmethoden? Welche Rolle spielt Doping?
Warum Doping?
Intrinsischer Silizium hat eine schlechte Leitfähigkeit. Es ist notwendig, eine geringe Menge an Verunreinigungen in das intrinsische Silizium einzuführen, um die Anzahl beweglicher Elektronen oder Löcher zu erhöhen, um seine elektrischen Eigenschaften zu verbessern, damit Silizium die Standards für die Herstellung von Halbleiter erfüllen kann.
Was ist intrinsisches Silizium?
Intrinsischer Silizium bezieht sich auf reines Silizium, Silizium, das nicht mit Verunreinigungen dotiert ist, und seine Anzahl freier Elektronen und Löcher ist gleich. Intrinsischer Silizium ist ein Halbleitermaterial mit schlechter Leitfähigkeit bei Raumtemperatur.
Was ist ein Silizium vom Typ N?
Das Silizium vom Typ N wird hergestellt, indem reines Silizium mit Pentavalentelementen (wie P, As usw.) dotiert wird. Atome von Pentavalentelementen wie Phosphor und Arsen ersetzen die Position von Siliziumatomen. Da Silizium 4- Valent ist, wird es ein zusätzliches Elektron geben. Die zusätzlichen Elektronen können sich frei bewegen und negative Ladung tragen. N bedeutet negativ.
N+: stark dotiertes N-Typ-Halbleiter. N-: Leicht dotiert N-Typ-Halbleiter.
Was ist ein Silizium vom P-Typ?
Das Silizium vom P-Typ wird hergestellt, indem reines Silizium mit dreieren Elementen (z. B. B, GA usw.) dotiert wird. Atome von dreieren Elementen wie Bor und Gallium ersetzen die Position von Siliziumatomen, aber im Vergleich zu Siliziumatomen fehlt es ein Elektron. Ein Loch erscheint in der Position, in der das Elektron fehlt. Das Loch selbst hat eine positive Ladung und kann Elektronen akzeptieren, so dass es P-Typ-Silizium genannt wird. P steht für positiv.
P+, was einen hoch dotierten P-Typ-Halbleiter mit hoher Konzentration bedeutet. P-, was einen P-Typ-Halbleiter mit einer niedrigen Dotierungskonzentration bedeutet.
Gemeinsame Pentavalentelemente
Pentavalent -Elemente sind Gruppen -VA -Elemente in der Periodenplatte, dargestellt durch P und AS. Diese beiden Elemente haben 5 Elektronen in der äußersten Schicht, von denen 4 kovalente Bindungen mit Siliziumatomen bilden können, und das verbleibende ist ein freies Elektron.
Phosphor (P) ist ein nicht-metallisches Element mit einer Vielzahl von Allotropen, von denen das häufigste weiße Phosphor, roter Phosphor und schwarzer Phosphor sind. Arsen (AS) ist ein Metalloidelement mit einem metallischen Glanz und chemischen Eigenschaften, die Phosphor ähneln, aber Arsenverbindungen sind im Allgemeinen stabiler. Das Arsen -Trioxid ist ein Arsenoxid, As2O3.
Häufige dreiwertige Elemente
Treiberelemente sind Elemente der Gruppe IIIa in der Periodenzüchter, die durch Bor (B) und Gallium (GA) dargestellt werden. Diese beiden Elemente haben 3 Elektronen in der äußersten Schicht.
- Bor (B) ist ein hartes und spröde nicht-metallische Element mit schwarzer oder brauner Farbe. In der Natur existiert es hauptsächlich in Form seiner Oxide oder Borate, und gemeinsame Substanzen umfassen Borsäure, Borax usw.
- Gallium (GA) ist ein weiches Metall mit einem niedrigen Schmelzpunkt. Sein Schmelzpunkt beträgt etwa 29,76 Grad, und GaAs wird häufig als Halbleitermaterial verwendet. Darüber hinaus wird Gallium auch bei der Herstellung von Solarzellen, LEDs usw. verwendet.
Gemeinsame Dopingmethoden
Derzeit gibt es zwei Hauptmethoden, nämlich Diffusions- und Ionenimplantation:
- Diffusion
Erstens wird der Halbleiterwafer gereinigt, um sicherzustellen, dass keine Kontamination auf seiner Oberfläche vorliegt. Anschließend wird der Siliziumwafer bei hoher Temperatur (Diffusionsofen) erhitzt. Dopanzatome können in das Halbleitermaterial gelangen, und nach der Diffusion wird die Nachbearbeitung wie das Glühen durchgeführt, um die Verteilung von Dotierstoffen zu stabilisieren.
- Ionenimplantation
Die Ionenimplantation verwendet Hochspannung, um ionisierte Dotierstoffe auf sehr hohe Geschwindigkeiten zu beschleunigen, und die beschleunigten Ionen werden genau auf die Oberfläche des Siliziumwafers geschossen. Da die Ionen eine hohe kinetische Energie haben, durchdringen sie in die Oberfläche des Siliziumwafers und treten in seinen Innenraum ein.
