Vad är skillnaden mellan arsenikdoping och fosfordoping i enkristallsilikon

Båda är halvledare av N-typ, men vad är skillnaden mellan arsenik- och fosfordoping i enkristallkisel? I enkristall kisel är arsenik (As) och fosfor (P) båda vanligtvis använda n-typ dopanter (pentavalenta element som tillhandahåller gratis elektroner). På grund av skillnader i atomstruktur, fysiska egenskaper och bearbetningsegenskaper skiljer sig emellertid deras dopingeffekter och applikationsscenarier avsevärt.

I. Atomstruktur och gittereffekter

Atomradie och gitterförvrängning

Fosfor (P): Med en atomradie på cirka 1,06 Å, något mindre än kisel (1,11 Å), doping med som resulterar i mindre snedvridning av kiselgitteret, lägre stress och bättre materialstabilitet.

Arsenik (AS): Med en atomradie på cirka 1,19 Å, större än kisel, dopning med AS resulterar i större gitterförvrängning, vilket potentiellt införs mer defekter och påverkar bärarnas rörlighet.

I sin position inom kisel fungerar båda dopanter som substitutionella dopmedel (ersätter kiselatomer). På grund av sin större radie har Arsenic emellertid en sämre gittermatch med kisel, vilket potentiellt leder till en ökning av lokala defekter.

Ii. Skillnader i elektriska egenskaper

Givarenerginivå och joniseringsenergi

Fosfor (P): Donatorenerginivån är ungefär 0,044 eV från ledningsbandsbotten, vilket resulterar i en låg joniseringsenergi. Vid rumstemperatur är den nästan helt joniserad och bäraren (elektron) är nära dopingkoncentrationen.

Arsenik (AS): Donatorenerginivån är ungefär 0,049 eV från ledningsbandet botten, vilket resulterar i en något högre joniseringsenergi. Vid låga temperaturer är det ofullständigt joniserat, vilket resulterar i en bärarkoncentration något lägre än dopingkoncentrationen. Vid höga temperaturer (t.ex. över 300 K) närmar sig joniseringseffektiviteten den för fosfor.

Transportrörlighet

Fosfor-dopat kisel har mindre gitterförvrängning och högre elektronmobilitet (ungefär 1350 cm²/(V ・ s)).

Arsenik doping resulterar i en något lägre elektronmobilitet (ungefär 1300 cm²/(V ・ s) på grund av gitterförvrängningen och fler defekter, men skillnaden minskar vid höga dopingkoncentrationer.

Iii. Diffusions- och bearbetningsegenskaper

Diffusionskoefficient

Fosfor (P): Dess diffusionskoefficient i kisel är relativt stor (t.ex. ungefär 1E-13 cm²/s vid 1100 ° C). Diffusionshastigheten är snabb vid höga temperaturer, vilket gör den lämplig för att bilda djupa korsningar (såsom emitter av en bipolär transistor).

Arsenik (AS): dess diffusionskoefficient är relativt liten (ungefär 1E-14 cm²/s vid 1100 ° C). Diffusionshastigheten är långsam, vilket gör den lämplig för att bilda grunda korsningar (såsom käll-/dräneringsregionen för en MOSFET- och Ultra-Shallow-korsningsanordningar).

Fast löslighet

Fosfor (P): Dess maximala fasta löslighet i kisel är ungefär 1 x 10²¹ atomer/cm³.

Arsenik (AS): Dess solida löslighet är ännu högre, cirka 2,2 × 10²¹ atomer/cm³. Detta möjliggör högre dopingkoncentrationer och är lämpliga för ohmiska kontaktlager som kräver hög konduktivitet.

Jonimplantationsegenskaper

Atommassan av arsenik (74,92 U) är mycket större än för fosfor (30,97 U). Jonimplantation möjliggör ett kortare räckvidd och grundare implantationsdjup, vilket gör det lämpligt för exakt kontroll av grunt korsningsdjup. Fosfor kräver å andra sidan djupare implantationsdjup och på grund av dess större diffusionskoefficient är det svårare att kontrollera.

De viktigaste skillnaderna mellan arsenik och fosfor som n-typ dopmedel i enkristallkisel kan sammanfattas enligt följande: fosfor är lämplig för djupa korsningar, medel till hög koncentrationsdoping, enkel bearbetning och hög mobilitet; Medan arsenik är lämplig för grunt korsningar, dopning med hög koncentration, exakt korsningskontroll, men med betydande gittereffekter. I praktiska tillämpningar måste lämplig dopant väljas baserat på enhetsstrukturen (t.ex. korsningsdjup och koncentrationskrav), processförhållanden (t.ex. diffusion/implantationsparametrar) och prestandamål (t.ex. rörlighet och ledningsförmåga).

Semicorex erbjuder högkvalitativ enkelkristallKiselprodukteri halvledare. Om du har några förfrågningar eller behöver ytterligare information, tveka inte att komma i kontakt med oss.

Kontakta telefon # +86-13567891907

E -post: sales@semicorex.com