Apakah perbezaan antara doping doping arsenik dan fosforus dalam silikon kristal tunggal

Kedua-duanya adalah semikonduktor N-jenis, tetapi apakah perbezaan antara doping arsenik dan fosforus dalam silikon tunggal kristal? Dalam silikon tunggal kristal, arsenik (AS) dan fosforus (P) kedua-duanya biasa digunakan N-jenis dopan (elemen pentavalent yang menyediakan elektron bebas). Walau bagaimanapun, disebabkan oleh perbezaan struktur atom, sifat fizikal, dan ciri -ciri pemprosesan, kesan doping dan senario aplikasi mereka berbeza dengan ketara.

I. Struktur Atom dan Kesan Kekisi

Jejari atom dan herotan kekisi

Fosforus (P): Dengan jejari atom kira -kira 1.06 Å, sedikit lebih kecil daripada silikon (1.11 Å), doping dengan sebagai hasil kurang herotan kisi silikon, tekanan yang lebih rendah, dan kestabilan material yang lebih baik.

Arsenik (AS): Dengan jejari atom kira -kira 1.19 Å, lebih besar daripada silikon, doping dengan sebagai hasil dalam penyimpangan kisi yang lebih besar, berpotensi memperkenalkan lebih banyak kecacatan dan mempengaruhi mobiliti pembawa.

Dalam kedudukan mereka dalam silikon, kedua -dua dopan terutamanya bertindak sebagai dopan pengganti (menggantikan atom silikon). Walau bagaimanapun, disebabkan oleh radius yang lebih besar, arsenik mempunyai perlawanan kekisi yang lebih miskin dengan silikon, yang berpotensi membawa kepada peningkatan kecacatan setempat.

Ii. Perbezaan sifat elektrik

Tahap tenaga penderma dan tenaga pengionan

Fosforus (P): Tahap tenaga penderma adalah kira -kira 0.044 eV dari bahagian bawah pengaliran, menghasilkan tenaga pengionan yang rendah. Pada suhu bilik, ia hampir sepenuhnya terionisasi, dan kepekatan pembawa (elektron) adalah dekat dengan kepekatan doping.

Arsenik (AS): Tahap tenaga penderma adalah kira -kira 0.049 eV dari bahagian bawah pengaliran, menghasilkan tenaga pengionan yang sedikit lebih tinggi. Pada suhu yang rendah, ia tidak dapat diionkan sepenuhnya, mengakibatkan kepekatan pembawa sedikit lebih rendah daripada kepekatan doping. Pada suhu tinggi (mis., Di atas 300 K), kecekapan pengionan mendekati fosforus.

Mobiliti pembawa

Silikon fosforus-doped mempunyai distorsi kekisi yang kurang dan mobiliti elektron yang lebih tinggi (kira-kira 1350 cm²/(v ・ s)).

Doping arsenik menghasilkan mobiliti elektron yang sedikit lebih rendah (kira -kira 1300 cm²/(V ・ s)) disebabkan oleh gangguan kekisi dan lebih banyak kecacatan, tetapi perbezaannya berkurangan pada kepekatan doping yang tinggi.

Iii. Ciri penyebaran dan pemprosesan

Pekali penyebaran

Fosforus (P): Koefisien penyebarannya dalam silikon agak besar (mis., Kira-kira 1E-13 cm²/s pada 1100 ° C). Kadar penyebarannya cepat pada suhu tinggi, menjadikannya sesuai untuk membentuk persimpangan yang mendalam (seperti pemancar transistor bipolar).

Arsenik (AS): pekali penyebarannya agak kecil (kira-kira 1E-14 cm²/s pada 1100 ° C). Kadar penyebarannya perlahan, menjadikannya sesuai untuk membentuk persimpangan cetek (seperti kawasan sumber/longkang dari peranti persimpangan MOSFET dan ultra-shallow).

Kelarutan pepejal

Fosforus (P): Kelarutan pepejal maksimum dalam silikon adalah kira -kira 1 × 10²¹ atom/cm³.

Arsenik (AS): Kelarutan pepejalnya lebih tinggi, kira -kira 2.2 × 10²¹ atom/cm³. Ini membolehkan kepekatan doping yang lebih tinggi dan sesuai untuk lapisan hubungan ohmic yang memerlukan kekonduksian yang tinggi.

Ciri -ciri implantasi ion

Jisim atom arsenik (74.92 U) jauh lebih besar daripada fosforus (30.97 U). Implantasi ion membolehkan jarak yang lebih pendek dan kedalaman implantasi cetek, menjadikannya sesuai untuk mengawal kedalaman persimpangan cetek. Fosforus, sebaliknya, memerlukan kedalaman implantasi yang lebih mendalam dan, kerana pekali penyebarannya yang lebih besar, lebih sukar untuk dikawal.

Perbezaan utama antara arsenik dan fosforus sebagai dopan N-jenis dalam silikon kristal tunggal boleh diringkaskan seperti berikut: Fosforus sesuai untuk persimpangan yang mendalam, doping kepekatan sederhana, pemprosesan mudah, dan mobiliti yang tinggi; Walaupun arsenik sesuai untuk persimpangan cetek, doping kepekatan yang tinggi, kawalan kedalaman persimpangan yang tepat, tetapi dengan kesan kisi yang signifikan. Dalam aplikasi praktikal, dopan yang sesuai mesti dipilih berdasarkan struktur peranti (mis., Keperluan kedalaman dan kepekatan persimpangan), keadaan proses (mis., Parameter penyebaran/implantasi), dan sasaran prestasi (mis., Mobiliti dan kekonduksian).

Semicorex menawarkan kristal tunggal berkualiti tinggiProduk silikondalam semikonduktor. Sekiranya anda mempunyai pertanyaan atau memerlukan butiran tambahan, jangan ragu untuk berhubung dengan kami.

Hubungi Telefon # +86-13567891907

E -mel: sales@semicorex.com