Hva er forskjellen mellom arsen doping og fosfordoping i enkeltkrystallsilisium

Begge er halvledere av n-type, men hva er forskjellen mellom arsen og fosfordoping i enkeltkrystallsilisium? I enkeltkrystalt silisium er arsen (AS) og fosfor (P) begge ofte brukt dopingmidler av N-type (pentavalente elementer som gir gratis elektroner). På grunn av forskjeller i atomstruktur, fysiske egenskaper og prosesseringsegenskaper, skiller imidlertid doping -effektene og applikasjonsscenariene seg betydelig.

I. Atomstruktur og gittervirkninger

Atomisk radius og gitterforvrengning

Fosfor (P): med en atomradius på omtrent 1,06 Å, litt mindre enn silisium (1,11 Å), doping med som resulterer i mindre forvrengning av silisiumgitteret, lavere stress og bedre materialstabilitet.

Arsen (AS): med en atomradius på omtrent 1,19 Å, større enn silisium, doping med som resulterer i større gitterforvrengning, og potensielt introduserer flere defekter og påvirker bærermobiliteten.

I sin posisjon innen silisium fungerer begge dopingmidler først og fremst som substitusjonelle dopanter (erstatter silisiumatomer). På grunn av sin større radius har Arsen imidlertid en dårligere gitterkamp med silisium, noe som potensielt fører til en økning i lokaliserte feil.

Ii. Forskjeller i elektriske egenskaper

Donor energinivå og ioniseringsenergi

Fosfor (P): Donorenerginivået er omtrent 0,044 eV fra ledningsbåndbunnen, noe som resulterer i en lav ioniseringsenergi. Ved romtemperatur er den nesten fullstendig ionisert, og bærer (elektron) konsentrasjon er nær dopingkonsentrasjonen.

Arsen (AS): Donorenerginivået er omtrent 0,049 eV fra ledningsbåndbunnen, noe som resulterer i en litt høyere ioniseringsenergi. Ved lave temperaturer er det ufullstendig ionisert, noe som resulterer i en bærerkonsentrasjon litt lavere enn dopingkonsentrasjonen. Ved høye temperaturer (f.eks. Over 300 K) nærmer ioniseringseffektiviteten av fosfor.

Bærermobilitet

Fosfor-dopet silisium har mindre gitterforvrengning og høyere elektronmobilitet (ca. 1350 cm²/(V ・ s)).

Arsen doping resulterer i en litt lavere elektronmobilitet (ca. 1300 cm²/(V ・ s)) på grunn av gitterforvrengning og flere defekter, men forskjellen avtar ved høye dopingkonsentrasjoner.

Iii. Diffusjons- og prosesseringsegenskaper

Diffusjonskoeffisient

Fosfor (P): Diffusjonskoeffisienten i silisium er relativt stor (f.eks. Omtrent 1E-13 cm²/s ved 1100 ° C). Diffusjonshastigheten er rask ved høye temperaturer, noe som gjør den egnet for å danne dype veikryss (for eksempel emitteren til en bipolar transistor).

Arsen (AS): Diffusjonskoeffisienten er relativt liten (omtrent 1E-14 cm²/s ved 1100 ° C). Diffusjonshastigheten er langsom, noe som gjør den egnet for å danne grunne kryss (for eksempel kilde/avløpsregionen til en MOSFET- og ultra-shallow-kryss-enheter).

Solid løselighet

Fosfor (P): Den maksimale fastløselige løseligheten i silisium er omtrent 1 × 10²¹ atomer/cm³.

Arsen (AS): Den faste løseligheten er enda høyere, omtrent 2,2 × 10²¹ -atomer/cm³. Dette gir mulighet for høyere dopingkonsentrasjoner og er egnet for ohmiske kontaktlag som krever høy konduktivitet.

Ionimplantasjonsegenskaper

Atommassen av arsen (74,92 U) er mye større enn fosfor (30,97 U). Ionimplantasjon gir mulighet for kortere rekkevidde og grunnere implantasjonsdybde, noe som gjør det egnet for presis kontroll av grunne kryssdybder. Fosfor, derimot, krever dypere implantasjonsdybder, og på grunn av dens større diffusjonskoeffisient er det vanskeligere å kontrollere.

De viktigste forskjellene mellom arsen og fosfor som doping av N-type i enkeltkrystallsilisium kan oppsummeres som følger: fosfor er egnet for dype veikryss, middels til høy konsentrasjonsdoping, enkel prosessering og høy mobilitet; Mens arsen er egnet for grunne kryss, doping med høy konsentrasjon, presis kryssdybdekontroll, men med betydelige gittereffekter. I praktiske anvendelser må passende dopingmiddel velges basert på enhetsstrukturen (f.eks. Krav og konsentrasjonskrav), prosessbetingelser (f.eks.

Semicorex tilbyr enkeltkrystall av høy kvalitetSilisiumprodukteri halvleder. Hvis du har noen henvendelser eller trenger ytterligere detaljer, ikke nøl med å komme i kontakt med oss.

Kontakt telefon # +86-13567891907

E -post: sales@semicorex.com