Wat is het verschil tussen arseen doping en fosfor doping in silicium met één kristallen

Beide zijn N-type halfgeleiders, maar wat is het verschil tussen arseen en fosfor doping in silicium met één kristal? In silicium met één kristal worden arseen (AS) en fosfor (P) beide vaak gebruikte n-type doteermiddelen (pentavalent-elementen die vrije elektronen bieden). Vanwege verschillen in atomaire structuur, fysische eigenschappen en verwerkingskenmerken, verschillen hun doping -effecten en toepassingsscenario's echter aanzienlijk.

I. Atoomstructuur en roostereffecten

Atomaire straal en roostervervorming

Fosfor (P): met een atoomradius van ongeveer 1,06 A, iets kleiner dan silicium (1,11 A), doping met als resultaat in minder vervorming van het siliciumrooster, lagere stress en betere materiaalstabiliteit.

Arseen (AS): met een atomaire straal van ongeveer 1,19 A, groter dan silicium, doping met als resultaat in grotere roostervervorming, die mogelijk meer defecten introduceren en de mobiliteit van de dragers beïnvloeden.

In hun positie in silicium fungeren beide doteermiddelen voornamelijk als substitutionele doteermiddelen (siliciumatomen vervangen). Vanwege de grotere straal heeft arseen echter een armere roosterwedstrijd met silicium, wat mogelijk leidt tot een toename van gelokaliseerde defecten.

II. Verschillen in elektrische eigenschappen

Donor -energieniveau en ionisatie -energie

Fosfor (P): Het energieniveau van de donor is ongeveer 0,044 eV van de bodem van de geleidingsband, wat resulteert in een lage ionisatie -energie. Bij kamertemperatuur is het bijna volledig geïoniseerd en de concentratie van de drager (elektronen) ligt dicht bij de dopingconcentratie.

Arseen (AS): het energieniveau van de donor is ongeveer 0,049 eV van de bodem van de geleidingsband, wat resulteert in een iets hogere ionisatie -energie. Bij lage temperaturen wordt het onvolledig geïoniseerd, wat resulteert in een dragerconcentratie die iets lager is dan de dopingconcentratie. Bij hoge temperaturen (bijvoorbeeld boven 300 K) benadert de ionisatie -efficiëntie die van fosfor.

Mobiliteit van de vervoerder

Fosfor-gedoteerd silicium heeft minder roostervervorming en hogere elektronenmobiliteit (ongeveer 1350 cm²/(V ・ s)).

Arseen -doping resulteert in een iets lagere elektronenmobiliteit (ongeveer 1300 cm²/(V ・ s)) vanwege de roostervervorming en meer defecten, maar het verschil neemt af bij hoge dopingconcentraties.

Iii. Diffusie- en verwerkingskenmerken

Diffusiecoëfficiënt

Fosfor (P): de diffusiecoëfficiënt in silicium is relatief groot (bijvoorbeeld ongeveer 1E-13 cm²/s bij 1100 ° C). De diffusiesnelheid is snel bij hoge temperaturen, waardoor het geschikt is voor het vormen van diepe knooppunten (zoals de emitter van een bipolaire transistor).

Arseen (AS): de diffusiecoëfficiënt is relatief klein (ongeveer 1E-14 cm²/s bij 1100 ° C). De diffusiesnelheid is langzaam, waardoor het geschikt is voor het vormen van ondiepe knooppunten (zoals het bron/afvoergebied van een MOSFET en ultra-shalal junction-apparaten).

Solide oplosbaarheid

Fosfor (P): de maximale solide oplosbaarheid in silicium is ongeveer 1 × 10²¹ atomen/cm³.

Arseen (AS): de vaste oplosbaarheid ervan is nog hoger, ongeveer 2,2 × 10²¹ Atomen/cm³. Dit zorgt voor hogere dopingconcentraties en is geschikt voor ohm -contactlagen die een hoge geleidbaarheid vereisen.

Ion -implantatie -kenmerken

De atoommassa van arseen (74,92 U) is veel groter dan die van fosfor (30,97 U). Ionimplantatie zorgt voor een korter bereik en ondiepere implantatiediepte, waardoor het geschikt is voor precieze controle van ondiepe junctiediepten. Fosfor daarentegen vereist diepere implantatiediepten en is, vanwege de grotere diffusiecoëfficiënt, moeilijker te controleren.

De belangrijkste verschillen tussen arseen en fosfor als n-type doteermiddelen in silicium met één kristal kunnen als volgt worden samengevat: fosfor is geschikt voor diepe juncties, medium-tot-hoge concentratie dotering, eenvoudige verwerking en hoge mobiliteit; Terwijl arseen geschikt is voor ondiepe knooppunten, doping met hoge concentratie, nauwkeurige junctiediepte controle, maar met significante roostereffecten. In praktische toepassingen moet de juiste dopant worden geselecteerd op basis van de apparaatstructuur (bijv. Junction -diepte- en concentratievereisten), procesomstandigheden (bijv. Diffusie/implantatieparameters) en prestatiedoelen (bijv. Mobiliteit en geleidbaarheid).

Semicorex biedt hoogwaardige single crystalSiliciumproductenin halfgeleider. Als u vragen heeft of aanvullende details nodig hebt, aarzel dan niet om contact met ons op te nemen.

Neem contact op met telefoon # +86-13567891907

E -mail: sales@semicorex.com