Apa perbedaan antara doping arsenik dan doping fosfor dalam silikon kristal tunggal

Keduanya adalah semikonduktor tipe-N, tetapi apa perbedaan antara arsenik dan doping fosfor dalam silikon kristal tunggal? Dalam silikon kristal tunggal, arsenik (AS) dan fosfor (P) keduanya umumnya digunakan dopan tipe-N (elemen pentavalen yang menyediakan elektron bebas). Namun, karena perbedaan dalam struktur atom, sifat fisik, dan karakteristik pemrosesan, efek doping dan skenario aplikasi berbeda secara signifikan.

I. Struktur atom dan efek kisi

Jari -jari atom dan distorsi kisi

Fosfor (P): Dengan jari -jari atom sekitar 1,06 Å, sedikit lebih kecil dari silikon (1,11 Å), doping dengan AS menghasilkan lebih sedikit distorsi kisi silikon, tegangan yang lebih rendah, dan stabilitas bahan yang lebih baik.

Arsenik (AS): Dengan jari -jari atom sekitar 1,19 Å, lebih besar dari silikon, doping dengan menghasilkan distorsi kisi yang lebih besar, berpotensi memperkenalkan lebih banyak cacat dan mempengaruhi mobilitas pembawa.

Dalam posisi mereka dalam silikon, kedua dopan terutama bertindak sebagai dopan substitusi (menggantikan atom silikon). Namun, karena jari -jari yang lebih besar, arsenik memiliki kecocokan kisi yang lebih buruk dengan silikon, berpotensi mengarah pada peningkatan cacat lokal.

Ii. Perbedaan sifat listrik

Tingkat energi donor dan energi ionisasi

Fosfor (P): Tingkat energi donor sekitar 0,044 eV dari bagian bawah pita konduksi, menghasilkan energi ionisasi rendah. Pada suhu kamar, hampir sepenuhnya terionisasi, dan konsentrasi pembawa (elektron) dekat dengan konsentrasi doping.

Arsenik (AS): Tingkat energi donor sekitar 0,049 eV dari bagian bawah pita konduksi, menghasilkan energi ionisasi yang sedikit lebih tinggi. Pada suhu rendah, itu tidak lengkap terionisasi, menghasilkan konsentrasi pembawa sedikit lebih rendah dari konsentrasi doping. Pada suhu tinggi (mis., Di atas 300 K), efisiensi ionisasi mendekati fosfor.

Mobilitas pembawa

Silikon yang didoping fosfor memiliki lebih sedikit distorsi kisi dan mobilitas elektron yang lebih tinggi (sekitar 1350 cm²/(v ・ s)).

Doping arsenik menghasilkan mobilitas elektron yang sedikit lebih rendah (sekitar 1300 cm²/(V ・ S)) karena distorsi kisi dan lebih banyak cacat, tetapi perbedaannya menurun pada konsentrasi doping tinggi.

AKU AKU AKU. Karakteristik difusi dan pemrosesan

Koefisien difusi

Fosfor (P): Koefisien difusi dalam silikon relatif besar (mis., Sekitar 1E-13 cm²/s pada 1100 ° C). Laju difusinya cepat pada suhu tinggi, sehingga cocok untuk membentuk persimpangan yang dalam (seperti emitor transistor bipolar).

Arsenik (AS): Koefisien difusi relatif kecil (sekitar 1E-14 cm²/s pada 1100 ° C). Laju difusinya lambat, sehingga cocok untuk membentuk persimpangan dangkal (seperti daerah sumber/drain dari perangkat persimpangan MOSFET dan ultra-shallow).

Kelarutan yang solid

Fosfor (P): Kelarutan padat maksimum dalam silikon adalah sekitar 1 × 10² A atom/cm³.

Arsenik (AS): Kelarutannya yang solid bahkan lebih tinggi, sekitar 2,2 × 10²¹ atom/cm³. Hal ini memungkinkan konsentrasi doping yang lebih tinggi dan cocok untuk lapisan kontak ohmik yang membutuhkan konduktivitas tinggi.

Karakteristik Implantasi Ion

Massa atom arsenik (74,92 U) jauh lebih besar daripada fosfor (30,97 U). Implantasi ion memungkinkan untuk kisaran yang lebih pendek dan kedalaman implantasi yang lebih dangkal, sehingga cocok untuk kontrol yang tepat dari kedalaman persimpangan dangkal. Fosfor, di sisi lain, membutuhkan kedalaman implantasi yang lebih dalam dan, karena koefisien difusi yang lebih besar, lebih sulit dikendalikan.

Perbedaan utama antara arsenik dan fosfor sebagai dopan tipe-N dalam silikon kristal tunggal dapat dirangkum sebagai berikut: fosfor cocok untuk persimpangan yang dalam, doping konsentrasi menengah ke atas, pemrosesan sederhana, dan mobilitas tinggi; Sementara arsenik cocok untuk persimpangan dangkal, doping konsentrasi tinggi, kontrol kedalaman persimpangan yang tepat, tetapi dengan efek kisi yang signifikan. Dalam aplikasi praktis, dopan yang sesuai harus dipilih berdasarkan struktur perangkat (mis., Kedalaman persimpangan dan persyaratan konsentrasi), kondisi proses (mis., Parameter difusi/implantasi), dan target kinerja (mis., Mobilitas dan konduktivitas).

Semicorex menawarkan kristal tunggal berkualitas tinggiProduk Silikondi semikonduktor. Jika Anda memiliki pertanyaan atau memerlukan detail tambahan, jangan ragu untuk menghubungi kami.

Hubungi Telepon # +86-13567891907

Email: sales@semicorex.com