Hvad er forskellen mellem arsendoping og fosfor doping i enkelt krystalsilicium

Begge er halvledere af N-type, men hvad er forskellen mellem arsen og fosfor doping i enkeltkrystallsilicium? I enkeltkrystallsilicium er arsen (AS) og fosfor (P) begge almindeligt anvendte N-type dopingmidler (pentavalente elementer, der tilvejebringer frie elektroner). På grund af forskelle i atomstruktur, fysiske egenskaber og behandlingsegenskaber adskiller deres dopingvirkninger og applikationsscenarier sig imidlertid markant.

I. Atomstruktur og gittereffekter

Atomradius og gitterforvrængning

Fosfor (P): Med en atomradius på cirka 1,06 Å, lidt mindre end silicium (1,11 Å), resulterer doping med AS i mindre forvrængning af siliciumgitteret, lavere stress og bedre materialestabilitet.

Arsen (AS): med en atomradius på cirka 1,19 Å, større end silicium, doping med AS resulterer i større gitterforvrængning, potentielt indfører flere defekter og påvirker bærermobilitet.

I deres position inden for silicium fungerer begge dopingmidler primært som substitutionelle dopingmidler (erstatning af siliciumatomer). På grund af sin større radius har Arsen imidlertid en dårligere gitterkamp med silicium, hvilket potentielt fører til en stigning i lokaliserede defekter.

Ii. Forskelle i elektriske egenskaber

Donorenerginiveau og ioniseringsenergi

Fosfor (P): Donorenerginiveauet er ca. 0,044 eV fra ledningsbåndbunden, hvilket resulterer i en lav ioniseringsenergi. Ved stuetemperatur er det næsten fuldstændigt ioniseret, og bærerkoncentrationen (elektron) er tæt på dopingkoncentrationen.

Arsen (AS): Donorenerginiveauet er ca. 0,049 eV fra ledningsbåndbunden, hvilket resulterer i en lidt højere ioniseringsenergi. Ved lave temperaturer er det ufuldstændigt ioniseret, hvilket resulterer i en bærekoncentration lidt lavere end dopingkoncentrationen. Ved høje temperaturer (f.eks. Over 300 K) nærmer sig ioniseringseffektiviteten den af fosfor.

Carrier Mobility

Phosphor-dopet silicium har mindre gitterforvrængning og højere elektronmobilitet (ca. 1350 cm²/(V ・ S)).

Arsendoping resulterer i en lidt lavere elektronmobilitet (ca. 1300 cm²/(V ・ S)) på grund af gitterforvrængning og flere defekter, men forskellen falder ved høje dopingkoncentrationer.

III. Diffusions- og behandlingsegenskaber

Diffusionskoefficient

Fosfor (P): Diffusionskoefficienten i silicium er relativt stor (f.eks. Cirka 1e-13 cm²/s ved 1100 ° C). Diffusionshastigheden er hurtig ved høje temperaturer, hvilket gør den egnet til dannelse af dybe forbindelser (såsom emitteren af en bipolær transistor).

Arsen (AS): dens diffusionskoefficient er relativt lille (ca. 1E-14 cm²/s ved 1100 ° C). Diffusionshastigheden er langsom, hvilket gør den velegnet til dannelse af lavvandede forbindelser (såsom kilde/dræningsregionen for en MOSFET- og ultra-shallow-forbindelsesenheder).

Solid opløselighed

Fosfor (P): Dens maksimale faste opløselighed i silicium er ca. 1 × 10²¹ atomer/cm³.

Arsen (AS): dens faste opløselighed er endnu højere, ca. 2,2 × 10²¹ atomer/cm³. Dette giver mulighed for højere dopingkoncentrationer og er velegnet til ohmiske kontaktlag, der kræver høj ledningsevne.

Ionimplantationsegenskaber

Atommassen af arsen (74,92 U) er meget større end for fosfor (30,97 U). Ionimplantation muliggør en kortere rækkevidde og lavere implantationsdybde, hvilket gør den velegnet til præcis kontrol af lavvandede krydsdybder. Fosfor kræver på den anden side dybere implantationsdybder, og på grund af dens større diffusionskoefficient er vanskeligere at kontrollere.

De vigtigste forskelle mellem arsen og fosfor som N-type dopingmidler i enkeltkrystallsilicium kan opsummeres som følger: fosfor er velegnet til dybe forbindelser, mellem-til-høj koncentrationsdoping, enkel behandling og høj mobilitet; Mens arsen er velegnet til lavvandede forbindelser, doping med høj koncentration, præcis knudepunktdybde, men med betydelige gittervirkninger. I praktiske anvendelser skal det passende dopingmiddel vælges baseret på enhedsstrukturen (f.eks. Krav og koncentrationskrav), procesbetingelser (f.eks. Diffusion/implantationsparametre) og præstationsmål (f.eks. Mobilitet og ledningsevne).

Semicorex tilbyder en enkelt krystal af høj kvalitetSiliciumprodukteri halvleder. Hvis du har nogen forespørgsler eller har brug for yderligere detaljer, så tøv ikke med at komme i kontakt med os.

Kontakt telefon # +86-13567891907

E -mail: sales@semicorex.com