Каква е разликата между допингът на арсен и фосфорните допинг в едно кристален силиций

И двете са полупроводници от N-тип, но каква е разликата между допинг на арсен и фосфор в еднокристален силиций? В еднокристален силиций, арсенът (AS) и фосфор (P) са често използвани допанти от тип N (пентавалентни елементи, които осигуряват свободни електрони). Поради разликите в атомната структура, физичните свойства и характеристиките на обработката, техните допинг ефекти и сценарии на приложение се различават значително.

I. Атомна структура и решетъчни ефекти

Атомен радиус и изкривяване на решетката

Фосфор (Р): С атомен радиус приблизително 1,06 Å, малко по -малък от силиций (1.11 Å), допинг с AS води до по -малко изкривяване на силиконовата решетка, по -нисък стрес и по -добра стабилност на материала.

Арсен (AS): С атомен радиус от приблизително 1,19 Å, по -голям от силиций, допинг с AS води до по -голямо изкривяване на решетката, потенциално въвеждайки повече дефекти и влияе върху мобилността на носителите.

В позицията си в силиций и двата допанта действат основно като заместителни допанти (заместващи силициеви атоми). Въпреки това, поради по -големия си радиус, арсенът има по -лош мач на решетката със силиций, което потенциално води до увеличаване на локализираните дефекти.

II. Разлики в електрическите свойства

Енергийно ниво на донор и йонизационна енергия

Phosphorus (P): Нивото на енергията на донора е приблизително 0,044 eV от дъното на проводимостта, което води до ниска йонизационна енергия. При стайна температура тя е почти напълно йонизирана, а концентрацията на носител (електрон) е близка до концентрацията на допинг.

Арсен (AS): Нивото на донорната енергия е приблизително 0,049 eV от дъното на проводимостта, което води до малко по -висока йонизационна енергия. При ниски температури той е непълно йонизиран, което води до концентрация на носител малко по -ниска от концентрацията на допинг. При високи температури (например, над 300 К), ефективността на йонизацията се приближава до тази на фосфор.

Мобилност на превозвача

Фосфор, легираният силиций, има по-малко изкривяване на решетката и по-висока мобилност на електрон (приблизително 1350 cm²/(V ・ s)).

Допингът на арсен води до малко по -ниска мобилност на електрон (приблизително 1300 cm²/(V ・ s)) поради изкривяването на решетката и повече дефекти, но разликата намалява при високи концентрации на допинг.

Iii. Характеристики на дифузия и обработка

Коефициент на дифузия

Фосфор (Р): Коефициентът на дифузия в силиций е сравнително голям (например приблизително 1Е-13 см/с при 1100 ° С). Скоростта на дифузия е бърза при високи температури, което го прави подходящ за образуване на дълбоки кръстовища (като излъчвателя на биполярен транзистор).

Арсен (AS): коефициентът му на дифузия е сравнително малък (приблизително 1E-14 cm²/s при 1100 ° C). Скоростта му на дифузия е бавна, което го прави подходящ за образуване на плитки кръстовища (като източник/дренаж на MOSFET и ултра-подлежащи съединителни устройства).

Твърда разтворимост

Phosphorus (P): Максималната му твърда разтворимост в силиций е приблизително 1 × 10²¹ атоми/cm³.

Арсен (AS): неговата твърда разтворимост е дори по -висока, приблизително 2,2 × 10²¹ атоми/cm³. Това позволява по -високи концентрации на допинг и е подходящо за омични контактни слоеве, изискващи висока проводимост.

Характеристики на йонна имплантация

Атомната маса на арсен (74.92 U) е много по -голяма от тази на фосфор (30.97 U). Йонната имплантация позволява по -кратък диапазон и по -плитка дълбочина на имплантиране, което го прави подходящ за прецизен контрол на дълбочините на плиткия възел. Фосфор, от друга страна, изисква по -дълбоки дълбочини на имплантация и поради по -големия си коефициент на дифузия е по -труден за контрол.

Ключовите разлики между арсен и фосфор като допанти от N-тип в еднокристален силиций могат да бъдат обобщени, както следва: Фосфор е подходящ за дълбоки кръстовища, допинг със средна до висока концентрация, проста обработка и висока подвижност; Докато арсенът е подходящ за плитки кръстовища, допинг с висока концентрация, прецизен контрол на дълбочината на съединението, но със значителни решетъчни ефекти. В практически приложения подходящият допант трябва да бъде избран въз основа на структурата на устройството (например изисквания за дълбочина на съединение и концентрация), условия на процеса (например параметри на дифузия/имплантация) и цели за изпълнение (например, мобилност и проводимост).

Semicorex предлага висококачествен единичен кристалСиликонови продуктив полупроводник. Ако имате някакви запитвания или се нуждаете от допълнителни подробности, моля, не се колебайте да се свържете с нас.

Телефон за контакт # +86-13567891907

Имейл: sales@semicorex.com