Sự khác biệt giữa doping asen và pha tạp phốt pho trong silicon tinh thể đơn

Cả hai đều là chất bán dẫn loại N, nhưng sự khác biệt giữa doping asen và phốt pho trong silicon đơn tinh thể là gì? Trong silicon đơn tinh thể, arsenic (AS) và phốt pho (P) đều là cả các chất dope loại N thường được sử dụng (các yếu tố pentavalent cung cấp các electron miễn phí). Tuy nhiên, do sự khác biệt về cấu trúc nguyên tử, tính chất vật lý và đặc điểm xử lý, các hiệu ứng pha tạp và kịch bản ứng dụng của chúng khác nhau đáng kể.

I. Cấu trúc nguyên tử và hiệu ứng mạng

Bán kính nguyên tử và biến dạng mạng

Phốt pho (P): Với bán kính nguyên tử xấp xỉ 1,06, nhỏ hơn một chút so với silicon (1,11), pha tạp do dẫn đến sự biến dạng của mạng silicon ít hơn, ứng suất thấp hơn và độ ổn định vật liệu tốt hơn.

ARSENIC (AS): Với bán kính nguyên tử xấp xỉ 1,19, lớn hơn silicon, pha tạp do kết quả biến dạng mạng tinh thể lớn hơn, có khả năng đưa ra nhiều khuyết tật hơn và ảnh hưởng đến khả năng vận động của chất mang.

Ở vị trí của họ trong silicon, cả hai chất dopant chủ yếu đóng vai trò là chất thay thế (thay thế các nguyên tử silicon). Tuy nhiên, do bán kính lớn hơn, asen có một mạng lưới kém hơn với silicon, có khả năng dẫn đến sự gia tăng các khuyết tật cục bộ.

Ii. Sự khác biệt về tính chất điện

Mức năng lượng của nhà tài trợ và năng lượng ion hóa

Phốt pho (P): Mức năng lượng của nhà tài trợ xấp xỉ 0,044 eV so với đáy dải dẫn, dẫn đến năng lượng ion hóa thấp. Ở nhiệt độ phòng, nó gần như hoàn toàn ion hóa và nồng độ chất mang (electron) gần với nồng độ pha tạp.

Arsenic (AS): Mức năng lượng của nhà tài trợ xấp xỉ 0,049 eV so với đáy dải dẫn, dẫn đến năng lượng ion hóa cao hơn một chút. Ở nhiệt độ thấp, nó bị ion hóa không hoàn toàn, dẫn đến nồng độ chất mang thấp hơn một chút so với nồng độ pha tạp. Ở nhiệt độ cao (ví dụ, trên 300 K), hiệu suất ion hóa tiếp cận với phốt pho.

Vận động vận chuyển

Silicon pha tạp phốt pho có độ méo ít mạng và tính di động điện tử cao hơn (khoảng 1350 cm²/(v ・ s)).

Doping arsenic dẫn đến khả năng di động electron thấp hơn một chút (khoảng 1300 cm²/(v ・ s)) do biến dạng mạng tinh thể và nhiều khuyết tật hơn, nhưng sự khác biệt giảm ở nồng độ pha tạp cao.

Iii. Đặc điểm khuếch tán và xử lý

Hệ số khuếch tán

Phốt pho (P): Hệ số khuếch tán của nó trong silicon tương đối lớn (ví dụ: khoảng 1e-13 cm²/s ở 1100 ° C). Tốc độ khuếch tán của nó nhanh ở nhiệt độ cao, làm cho nó phù hợp để hình thành các mối nối sâu (chẳng hạn như bộ phát của bóng bán dẫn lưỡng cực).

Arsenic (AS): Hệ số khuếch tán của nó tương đối nhỏ (khoảng 1E-14 cm²/s ở 1100 ° C). Tốc độ khuếch tán của nó chậm, làm cho nó phù hợp để hình thành các điểm nối nông (chẳng hạn như vùng nguồn/cống của một thiết bị nối MOSFET và siêu shallow).

Độ hòa tan rắn

Phốt pho (P): Độ hòa tan rắn tối đa của nó trong silicon là khoảng 1 × 10²¹ nguyên tử/cm³.

Arsenic (AS): Độ hòa tan rắn của nó thậm chí còn cao hơn, xấp xỉ 2,2 × 10²¹ nguyên tử/cm³. Điều này cho phép nồng độ pha tạp cao hơn và phù hợp cho các lớp tiếp xúc ohmic đòi hỏi độ dẫn cao.

Đặc điểm cấy ghép ion

Khối lượng nguyên tử của asen (74,92 U) lớn hơn nhiều so với phốt pho (30,97 U). Cấy ghép ion cho phép một phạm vi ngắn hơn và độ sâu cấy ghép nông hơn, làm cho nó phù hợp để kiểm soát chính xác độ sâu giao nhau nông. Phốt pho, mặt khác, đòi hỏi độ sâu cấy sâu hơn và, do hệ số khuếch tán lớn hơn của nó, khó kiểm soát hơn.

Sự khác biệt chính giữa asen và phốt pho như các chất dope loại N trong silicon đơn tinh thể có thể được tóm tắt như sau: phốt pho phù hợp với các mối nối sâu, doping nồng độ từ trung bình đến cao, xử lý đơn giản và khả năng vận động cao; Mặc dù asen phù hợp với các mối nối nông, doping nồng độ cao, kiểm soát độ sâu giao nhau chính xác, nhưng với các hiệu ứng mạng lưới đáng kể. Trong các ứng dụng thực tế, dopant thích hợp phải được chọn dựa trên cấu trúc thiết bị (ví dụ: các yêu cầu về độ sâu và nồng độ của ngã ba), điều kiện xử lý (ví dụ: các tham số khuếch tán/cấy ghép) và các mục tiêu hiệu suất (ví dụ: tính di động và độ dẫn).

Semicorex cung cấp tinh thể đơn chất lượng caoSản phẩm silicontrong chất bán dẫn. Nếu bạn có bất kỳ yêu cầu hoặc cần chi tiết bổ sung, xin vui lòng không ngần ngại liên lạc với chúng tôi.

Liên hệ với điện thoại # +86-13567891907

Email: sales@semiaorex.com