Lisandite doping on väga oluline samm kiibide tootmisel. Peaaegu kõik integreeritud vooluringid, LED -id, toiteseadmed jne vajavad dopingut. Miks siis doping? Millised on dopingu meetodid? Milline on dopingu roll?
Miks doping?
Sisemise räni on halb juhtivus. Elektriliste omaduste parandamiseks on vaja sisestada sisemisse räni, et suurendada liikuvate elektronide või aukude arvu, et räni saaks vastata pooljuhtide tootmise standarditele.
Mis on sisemine räni?
Sisemine räni viitab puhtale ränile, ränile, mida ei leiduta lisanditega, ja selle vabade elektronide ja aukude arv on võrdne. Sisemine räni on pooljuhtmaterjal, millel on toatemperatuuril halb juhtivus.
Mis on N-tüüpi räni?
N-tüüpi räni valmistatakse puhta räni dopinguga pentavalentse elementidega (näiteks p, nagu jne). Räni aatomite asukoha asendavad pentavalentsete elementide, näiteks fosfori ja arseeni aatomid. Kuna räni on 4- valent, on olemas lisaelektron. Lisaelektronid võivad vabalt liikuda ja kanda negatiivset laengut. N tähendab negatiivset.
N+: tugevalt legeeritud N-tüüpi pooljuht. N-: kergelt legeeritud N-tüüpi pooljuht.
Mis on p-tüüpi räni?
P-tüüpi räni valmistatakse puhta räni dopinguga kolmevalentsete elementidega (näiteks B, GA jne). Kolmevalentsete elementide, näiteks boori ja gallium aatomid asendavad räni aatomite asukohta, kuid võrreldes räni aatomitega, puudub sellel elektron. Auk ilmub asendisse, kus elektron puudub. Augul endal on positiivne laeng ja see võib elektronid aktsepteerida, seetõttu nimetatakse seda p-tüüpi räni. P tähistab positiivset.
P+, mis tähendab kõrge legeeritud P-tüüpi pooljuht, millel on kõrge kontsentratsioon. P-, mis tähendab madala dopingukontsentratsiooniga p-tüüpi pooljuht.
Levinud pentavalent elemendid
Pentavalentsed elemendid on perioodilises tabelis VA rühma elemendid, mida tähistavad P ja AS. Nendel kahel elemendil on 5 ülaosa kihis 5 elektroni, millest 4 võivad moodustada räni aatomitega kovalentseid sidemeid ja ülejäänud on vaba elektron.
Fosfor (P) on mittemetalliline element, millel on mitmesugused allotroobid, millest kõige tavalisemad on valge fosfor, punane fosfor ja must fosfor. Arseen (AS) on metalloidne element, millel on fosforiga sarnased metallilised läike- ja keemilised omadused, kuid arseeniühendid on üldiselt stabiilsemad. Arseeni trioksiid on arseenoksiid, AS2O3.
Tavalised kolmikvaalsed elemendid
Kolmevalentsed elemendid on IIIA rühma elemendid perioodilises tabelis, mida esindavad boor (b) ja gallium (GA). Nendel kahel elemendil on 3 elektroni kõige kaugemas kihis.
- Boor (B) on kõva ja rabe mittemetalliline element, millel on must või pruun värv. Looduses eksisteerib see enamasti selle oksiidide või boraatide kujul ning tavalised ained hõlmavad boorhapet, booraksit jne.
- Gallium (GA) on pehme sulamistemperatuuriga pehme metall. Selle sulamistemperatuur on umbes 29,76 kraadi ja Gaast kasutatakse laialdaselt pooljuhtide materjalina. Lisaks kasutatakse galliumi ka päikeserakkude, LED -ide jms tootmisel.
Tavalised dopingu meetodid
Praegu on kaks peamist meetodit, nimelt difusioon ja ioonide implanteerimine:
- Difusioon
Esiteks puhastatakse pooljuhtide vahvlit, et tagada selle pinnal saastumine. Seejärel kuumutatakse räni vahvlit kõrgel temperatuuril (difusiooniahju). Dopanti aatomid võivad siseneda pooljuhtmaterjali ja pärast difusiooni tehakse dopantide jaotuse stabiliseerimiseks järeltöötlus, näiteks lõõmutamine.
- Ioonide implanteerimine
Ioonide implanteerimine kasutab ioniseeritud dopantide kiirendamiseks väga suure kiiruse kiirendamiseks ja kiirendatud ioonid lastakse täpselt räni vahvli pinnalt. Kuna ioonidel on kõrge kineetiline energia, tungivad nad räni vahvli pinnale ja sisenevad selle interjööri.