Piemaisījumu dopings ir ļoti svarīgs solis mikroshēmu ražošanā. Gandrīz visām integrētajām shēmām, gaismas diodēm, enerģijas ierīcēm utt. Nepieciešama dopinga. Tad kāpēc doping? Kādas ir dopinga metodes? Kāda ir dopinga loma?
Kāpēc dopings?
Iekšējam silīcijam ir slikta vadītspēja. Ir nepieciešams ieviest nelielu daudzumu piemaisījumu iekšējā silīcijā, lai palielinātu pārvietojamo elektronu vai caurumu skaitu, lai uzlabotu tā elektriskās īpašības, lai silīcijs varētu izpildīt pusvadītāju ražošanas standartus.
Kas ir iekšējais silīcijs?
Iekšējais silīcijs attiecas uz tīru silīciju, silīciju, kas nav leģēts ar piemaisījumiem, un tā brīvo elektronu un caurumu skaits ir vienāds. Iekšējais silīcijs ir pusvadītāju materiāls ar sliktu vadītspēju istabas temperatūrā.
Kas ir N-veida silīcijs?
N-tipa silīciju izgatavo, dopējot tīru silīciju ar pentavalentiem elementiem (piemēram, P, AS, utt.). Pentavalentu elementu, piemēram, fosfora un arsēna, atomi aizstāj silīcija atomu stāvokli. Tā kā silīcijs ir 4- valent, būs papildu elektrons. Papildu elektroni var brīvi pārvietoties un pārnēsāt negatīvu lādiņu. N nozīmē negatīvu.
N+: stipri leģēts N tipa pusvadītājs. N-: viegli leģēts N-tipa pusvadītājs.
Kas ir p-type silīcijs?
P tipa silīciju izgatavo, dopējot tīru silīciju ar trīsvērtīgiem elementiem (piemēram, B, GA utt.). Trivalentu elementu, piemēram, bora un gallija atomi, aizstāj silīcija atomu stāvokli, bet, salīdzinot ar silīcija atomiem, tam trūkst elektrona. Pazūdot stāvoklī, kur trūkst elektronu, parādās caurums. Pašam caurumam ir pozitīvs lādiņš un tas var pieņemt elektronus, tāpēc to sauc par p-type silīciju. P apzīmē pozitīvu.
P+, kas nozīmē ļoti leģētu P tipa pusvadītāju ar augstu koncentrāciju. P-, kas nozīmē P tipa pusvadītāju ar zemu dopinga koncentrāciju.
Parastie pentavalenti elementi
Pentavalentu elementi ir VA grupas elementi periodiskajā tabulā, ko attēlo p un as. Šiem diviem elementiem ir 5 elektroni visattālākajā slānī, no kuriem 4 var veidot kovalentās saites ar silīcija atomiem, un atlikušais ir bezmaksas elektrons.
Fosfors (P) ir nemetālisks elements ar dažādiem allotropiem, no kuriem visizplatītākais ir baltais fosfors, sarkanais fosfors un melnais fosfors. Arsēns (AS) ir metaloīda elements ar metālisku spīdumu un ķīmiskām īpašībām, kas līdzīgas fosforam, bet arsēna savienojumi parasti ir stabilāki. Arsēna trioksīds ir arsēna oksīds, AS2O3.
Kopīgi trīsvērtīgi elementi
Trivalentie elementi ir IIIA grupas elementi periodiskajā tabulā, ko attēlo bors (B) un gallijs (GA). Šiem diviem elementiem ir 3 elektroni visattālākajā slānī.
- Bors (B) ir ciets un trausls nemetālisks elements ar melnu vai brūnu krāsu. Dabā tas lielākoties pastāv oksīdu vai borātu veidā, un parastās vielas ir borskābe, borakss utt.
- Gallium (GA) ir mīksts metāls ar zemu kušanas temperatūru. Tā kušanas temperatūra ir aptuveni 29,76 grādi, un GaAs plaši izmanto kā pusvadītāju materiālu. Turklāt galliju izmanto arī saules bateriju, gaismas diožu utt. Ražošanā
Parastās dopinga metodes
Pašlaik ir divas galvenās metodes, proti, difūzijas un jonu implantācija:
- Difūzija
Pirmkārt, pusvadītāju vafele tiek iztīrīta, lai pārliecinātos, ka uz tā virsmas nav piesārņojuma. Pēc tam silīcija vafeļu karsē augstā temperatūrā (difūzijas krāsns). Pusvadītāju materiālā var nonākt palīgvielu atomi, un pēc difūzijas tiek veikta pēcapstrāde, piemēram, atkvēlināšana, lai stabilizētu palīgvielas.
- Jonu implantācija
Jonu implantācija izmanto augstu spriegumu, lai paātrinātu jonizētos palīgvielas līdz ļoti lielam ātrumam, un paātrinātie joni ir precīzi nošauti uz silīcija vafeles virsmas. Tā kā joniem ir augsta kinētiskā enerģija, tie iekļūs silīcija vafeļu virsmu un iekļūs tā interjerā.
