Doping van onzuiverheid is een zeer belangrijke stap in de productie van chip. Bijna alle geïntegreerde circuits, LED's, vermogensapparaten, enz. Vereisen doping. Dus waarom doping? Wat zijn de dopingmethoden? Wat is de rol van doping?
Waarom doping?
Intrinsiek silicium heeft een slechte geleidbaarheid. Het is noodzakelijk om een kleine hoeveelheid onzuiverheden in intrinsiek silicium in te voeren om het aantal beweegbare elektronen of gaten te vergroten om de elektrische eigenschappen te verbeteren, zodat silicium kan voldoen aan de normen voor de productie van halfgeleiders.
Wat is intrinsiek silicium?
Intrinsiek silicium verwijst naar zuiver silicium, silicium dat niet is gedoteerd met onzuiverheden, en het aantal vrije elektronen en gaten is gelijk. Intrinsiek silicium is een halfgeleidermateriaal met een slechte geleidbaarheid bij kamertemperatuur.
Wat is het silicium van het N-type?
N-type silicium wordt gemaakt door puur silicium te doperen met pentavalent elementen (zoals P, AS, enz.). Atomen van pentavalente elementen zoals fosfor en arseen vervangen de positie van siliciumatomen. Omdat silicium 4- valent is, is er een extra elektron. De extra elektronen kunnen vrij bewegen en negatieve lading dragen. N betekent negatief.
N+: zwaar gedoteerde N-type halfgeleider. N-: Licht gedoteerde N-type halfgeleider.
Wat is P-type silicium?
P-type silicium wordt gemaakt door puur silicium te doperen met driede elementen (zoals B, GA, enz.). Atomen van drievoudige elementen zoals boor en gallium vervangen de positie van siliciumatomen, maar vergeleken met siliciumatomen mist het een elektron. Een gat verschijnt in de positie waar het elektron ontbreekt. Het gat zelf heeft een positieve lading en kan elektronen accepteren, dus het wordt p-type silicium genoemd. P staat voor positief.
P+, wat een sterk gedoteerde P-type halfgeleider betekent met een hoge concentratie. P-, wat een P-type halfgeleider betekent met een lage dopingconcentratie.
Veel voorkomende pentavalent elementen
Pentavalente elementen zijn groep VA -elementen in het periodiek systeem, weergegeven door P en AS. Deze twee elementen hebben 5 elektronen in de buitenste laag, waarvan 4 covalente bindingen met siliciumatomen kunnen vormen, en de resterende is een vrij elektron.
Fosfor (P) is een niet-metalen element met een verscheidenheid aan allotropen, waarvan de meest voorkomende witte fosfor, rode fosfor en zwarte fosfor zijn. Arseen (AS) is een metalloïde element met een metalen glans en chemische eigenschappen vergelijkbaar met fosfor, maar arseenverbindingen zijn over het algemeen stabieler. Arseentrioxide is een arseenoxide, AS2O3.
Veel voorkomende driewaardig elementen
Drievoudige elementen zijn groep IIIA -elementen in het periodiek systeem, voorgesteld door boor (b) en gallium (GA). Deze twee elementen hebben 3 elektronen in de buitenste laag.
- Boron (B) is een hard en broos niet-metalen element met een zwarte of bruine kleur. In de natuur bestaat het meestal in de vorm van zijn oxiden of boraten, en gemeenschappelijke stoffen omvatten boorzuur, borax, enz.
- Gallium (GA) is een zacht metaal met een laag smeltpunt. Het smeltpunt is ongeveer 29,76 graden en GaAs wordt veel gebruikt als een halfgeleidermateriaal. Bovendien wordt gallium ook gebruikt bij de productie van zonnecellen, LED's, enz.
Veel voorkomende dopingmethoden
Er zijn momenteel twee hoofdmethoden, namelijk diffusie en ionenimplantatie:
- Diffusie
Ten eerste wordt de wafel met halfgeleiders schoongemaakt om ervoor te zorgen dat er geen verontreiniging op het oppervlak is. Vervolgens wordt de siliciumwafer verwarmd bij hoge temperatuur (diffusie -oven). Doteringsatomen kunnen het halfgeleidermateriaal betreden en na diffusie wordt naverwerking zoals gloeien uitgevoerd om de verdeling van doteermiddelen te stabiliseren.
- Ionimplantatie
Ionimplantatie maakt gebruik van hoge spanning om geïoniseerde doteermiddelen te versnellen tot zeer hoge snelheden, en de versnelde ionen worden nauwkeurig geschoten op het oppervlak van de siliciumwafel. Omdat de ionen een hoge kinetische energie hebben, zullen ze het oppervlak van de siliciumwafel binnendringen en het interieur binnenkomen.