Safsızlık doping, çip üretiminde çok önemli bir adımdır. Hemen hemen tüm entegre devreler, LED'ler, güç cihazları vb. Doping gerektirir. Öyleyse neden doping? Doping yöntemleri nelerdir? Doping'in rolü nedir?
Neden doping?
İçsel silikonun iletkenliği zayıftır. Silikonun yarı iletken üretim standartlarını karşılayabilmesi için elektriksel özelliklerini iyileştirmek için hareketli elektronların veya deliklerin sayısını arttırmak için iç silikon içine az miktarda safsızlık eklemek gerekir.
İçsel silikon nedir?
İçsel silikon, saf silikon, herhangi bir safsızlık ile katkısız silikon anlamına gelir ve serbest elektron ve delik sayısı eşittir. İçsel silikon, oda sıcaklığında zayıf iletkenliğe sahip yarı iletken bir malzemedir.
N tipi silikon nedir?
N tipi silikon, saf silikonun pentavalent elementlerle (P, AS, vb.) Doping ile yapılır. Fosfor ve arsenik gibi pentavalent elementlerin atomları silikon atomlarının pozisyonunu değiştirir. Silikon 4- Valent olduğundan, ekstra bir elektron olacaktır. Ekstra elektronlar serbestçe hareket edebilir ve negatif yük taşıyabilir. N negatif anlamına gelir.
N+: ağır katkılı n tipi yarı iletken. N-: Hafif katkılı n tipi yarı iletken.
P tipi silikon nedir?
P-tipi silikon, saf silikonun üç değerlikli elementlerle (B, GA, vb.) Doping ile yapılır. Bor ve galyum gibi üç değerlikli elementlerin atomları, silikon atomlarının pozisyonunu değiştirir, ancak silikon atomlarıyla karşılaştırıldığında bir elektrondan yoksundur. Elektronun eksik olduğu konumda bir delik görünür. Deliğin kendisi pozitif bir yüke sahiptir ve elektronları kabul edebilir, bu nedenle P-tipi silikon denir. P pozitif anlamına gelir.
P+, yüksek konsantrasyona sahip yüksek katliamlı P tipi bir yarı iletken anlamına gelir. P-, bu düşük doping konsantrasyonuna sahip bir P tipi yarı iletken anlamına gelir.
Ortak pentavalent unsurlar
Pentavalent öğeleri, p ve as ile temsil edilen periyodik tablodaki grup VA elemanlarıdır. Bu iki element en dış katta 5 elektrona sahiptir, bunların 4'ü silikon atomları ile kovalent bağlar oluşturabilir ve geri kalan biri serbest bir elektrondur.
Fosfor (P), en yaygın beyaz fosfor, kırmızı fosfor ve siyah fosfor olan çeşitli allotroplara sahip metalik olmayan bir elementtir. Arsenik (AS), metalik bir parlaklık ve fosfora benzer kimyasal özelliklere sahip bir metaloid elemandır, ancak arsenik bileşikleri genellikle daha kararlıdır. Arsenik trioksit bir arsenik oksit, AS2O3'tür.
Ortak üç değerlikli unsurlar
Üç değerlikli elemanlar, periodik tablodaki Bor (B) ve galyum (GA) ile temsil edilen grup IIIA elementleridir. Bu iki element en dış katta 3 elektrona sahiptir.
- Bor (b), siyah veya kahverengi renge sahip sert ve kırılgan metalik olmayan bir elementtir. Doğada, çoğunlukla oksitleri veya boratları şeklinde bulunur ve yaygın maddeler arasında borik asit, boraks vb.
- Galyum (GA), düşük erime noktasına sahip yumuşak bir metaldir. Erime noktası yaklaşık 29.76 derecedir ve GaAs, yarı iletken bir malzeme olarak yaygın olarak kullanılmaktadır. Ek olarak, galyum güneş hücrelerinin, LED'lerin vb. Üretiminde de kullanılır.
Ortak doping yöntemleri
Şu anda difüzyon ve iyon implantasyonu olmak üzere iki ana yöntem vardır:
- Difüzyon
İlk olarak, yarı iletken gofret, yüzeyinde kontaminasyon olmadığından emin olmak için temizlenir. Daha sonra, silikon gofret yüksek sıcaklıkta (difüzyon fırını) ısıtılır. Dopant atomları yarı iletken materyale girebilir ve difüzyondan sonra, tavanların dağılımını stabilize etmek için tavlama sonrası tavlama yapılır.
- İyon implantasyonu
İyon implantasyonu, iyonize dopanları çok yüksek hızlara hızlandırmak için yüksek voltaj kullanır ve hızlandırılmış iyonlar tam olarak silikon gofretin yüzeyinde vurulur. İyonlar yüksek kinetik enerjiye sahip olduğundan, silikon gofretin yüzeyine nüfuz edecek ve iç kısmına gireceklerdir.
