Care este diferența dintre dopajul arsenic și dopajul fosforului în siliciu cu un singur cristal

Ambele sunt semiconductori de tip N, dar care este diferența dintre arsenic și dopaj de fosfor în siliciu cu un singur cristal? În siliconul cu un singur cristal, arsenicul (AS) și fosforul (P) sunt ambii dopanți de tip N utilizați în mod obișnuit (elemente pentavalente care furnizează electroni liberi). Cu toate acestea, datorită diferențelor de structură atomică, proprietăți fizice și caracteristici de procesare, efectele lor de dopaj și scenariile de aplicare diferă semnificativ.

I. Structura atomică și efectele de zăpadă

Raza atomică și distorsiunea zăbrelei

Fosfor (P): cu o rază atomică de aproximativ 1,06 Å, puțin mai mică decât siliciul (1,11 Å), dopând cu rezultate ca rezultă o denaturare mai mică a rețelei de siliciu, stres mai mic și o mai bună stabilitate materială.

Arsenic (AS): cu o rază atomică de aproximativ 1,19 Å, mai mare decât siliciul, dopând cu ca rezultat o distorsiune mai mare a zăbrelei, potențial introducând mai multe defecte și afectând mobilitatea purtătorului.

În poziția lor în siliciu, ambii dopanți acționează în primul rând ca dopanți de substituție (înlocuirea atomilor de siliciu). Cu toate acestea, datorită razei sale mai mari, Arsenic are o potrivire mai slabă a zăbrelei cu siliciu, ceea ce poate duce la o creștere a defectelor localizate.

Ii. Diferențe de proprietăți electrice

Nivelul de energie al donatorilor și energia de ionizare

Fosfor (P): Nivelul de energie al donatorului este de aproximativ 0,044 eV din partea de jos a benzii de conducere, rezultând o energie de ionizare scăzută. La temperatura camerei, este aproape complet ionizată, iar concentrația purtătoare (electron) este aproape de concentrația de dopaj.

Arsenic (AS): Nivelul de energie al donatorului este de aproximativ 0,049 eV din fundul benzii de conducere, rezultând o energie de ionizare ușor mai mare. La temperaturi scăzute, este incomplet ionizat, ceea ce duce la o concentrație de purtător puțin mai mică decât concentrația de dopaj. La temperaturi ridicate (de exemplu, peste 300 K), eficiența ionizării se apropie de cea a fosforului.

Mobilitatea transportatorului

Siliconul dopat cu fosfor are o distorsiune mai mică și o mobilitate mai mare de electroni (aproximativ 1350 cm²/(v ・ s)).

Dopajul arsenic are ca rezultat o mobilitate electronică ușor mai mică (aproximativ 1300 cm²/(v ・ s)) datorită distorsiunii de zăpadă și mai multor defecte, dar diferența scade la concentrații mari de dopaj.

Iii. Caracteristicile de difuzie și procesare

Coeficient de difuzie

Fosfor (P): coeficientul său de difuzie în siliciu este relativ mare (de exemplu, aproximativ 1E-13 cm²/s la 1100 ° C). Rata sa de difuzie este rapidă la temperaturi ridicate, ceea ce o face potrivită pentru formarea joncțiunilor profunde (cum ar fi emițătorul unui tranzistor bipolar).

Arsenic (AS): coeficientul său de difuzie este relativ mic (aproximativ 1E-14 cm²/s la 1100 ° C). Rata sa de difuzie este lentă, ceea ce o face potrivită pentru formarea joncțiunilor superficiale (cum ar fi regiunea sursă/de scurgere a dispozitivelor de joncțiune MOSFET și Ultra-Shallow).

Solubilitate solidă

Fosfor (P): solubilitatea sa solidă maximă în siliciu este de aproximativ 1 × 10²¹ atomi/cm³.

Arsenic (AS): solubilitatea sa solidă este și mai mare, aproximativ 2,2 × 10²¹ atomi/cm³. Acest lucru permite concentrații de dopaj mai mari și este potrivit pentru straturile de contact ohmice care necesită o conductivitate ridicată.

Caracteristici de implantare ionică

Masa atomică a Arsenicului (74,92 U) este mult mai mare decât cea a fosforului (30,97 U). Implantarea ionică permite o rază de acțiune mai scurtă și o adâncime de implantare mai mică, ceea ce o face adecvată pentru controlul precis al adâncimilor de joncțiune superficială. Fosforul, pe de altă parte, necesită adâncimi de implantare mai profunde și, datorită coeficientului său de difuzie mai mare, este mai dificil de controlat.

Diferențele cheie dintre arsenic și fosfor, deoarece dopanții de tip N în siliconul cu un singur cristal pot fi rezumate după cum urmează: Fosforul este potrivit pentru joncțiuni profunde, dopaj de concentrație medie-înaltă, procesare simplă și mobilitate ridicată; În timp ce arsenicul este potrivit pentru joncțiunile superficiale, dopajul de concentrație mare, controlul precis al adâncimii joncțiunii, dar cu efecte semnificative de zăpadă. În aplicațiile practice, dopantul corespunzător trebuie să fie selectat pe baza structurii dispozitivului (de exemplu, a cerințelor de adâncime și concentrație a joncțiunii), condiții de proces (de exemplu, parametri de difuzie/implantare) și ținte de performanță (de exemplu, mobilitate și conductivitate).

Semicorex oferă un singur cristal de înaltă calitateProduse de siliciuîn semiconductor. Dacă aveți întrebări sau aveți nevoie de detalii suplimentare, nu ezitați să luați legătura cu noi.

Telefon de contact # +86-13567891907

E -mail: sales@semhorex.com