Doping nečistoty je velmi důležitým krokem ve výrobě čipů. Téměř všechny integrované obvody, LED diody, napájecí zařízení atd. Vyžadují doping. Tak proč doping? Jaké jsou dopingové metody? Jaká je role dopingu?
Proč doping?
Vnitřní křemík má špatnou vodivost. Je nutné zavést malé množství nečistot do vnitřního křemíku, aby se zvýšil počet pohyblivých elektronů nebo děr, aby se zlepšil jeho elektrické vlastnosti, aby křemík mohl splňovat standardy pro výrobu polovodičů.
Co je vnitřní křemík?
Vnitřní křemík se týká čistého křemíku, křemíku, který není dotován s žádnými nečistotami, a jeho počet volných elektronů a děr je stejný. Vnitřní křemík je polovodičový materiál se špatnou vodivostí při pokojové teplotě.
Co je křemík typu N?
Křemík typu N se vyrábí dopingovým čistým křemíkem s pentavalentními prvky (jako je p, jako atd.). Atomy pentavalentních prvků, jako je fosfor a arsen, nahrazují polohu atomů křemíku. Vzhledem k tomu, že Silicon je 4- Valent, bude tam další elektron. Extra elektrony se mohou volně pohybovat a nést negativní náboj. N znamená negativní.
N+: Silně dopovaný polovodič typu N. N-: lehce dopovaný polovodič typu N.
Co je křemík typu P?
Křemík typu p se vyrábí dopingovým čistým křemíkem s trivalentními prvky (jako je B, GA atd.). Atomy trivalentních prvků, jako je boron a gallium, nahrazují polohu atomů křemíku, ale ve srovnání s atomy křemíku postrádá elektroron. V poloze, kde mi chybí, se objeví díra. Samotná díra má pozitivní náboj a může přijímat elektrony, takže se nazývá P-P-typ křemíku. P znamená pozitivní.
P+, což znamená vysoce dopovaný polovodič typu p s vysokou koncentrací. P-, což znamená polovodič typu p s nízkou koncentrací dopingu.
Běžné pentavalentní prvky
Pentavalentní prvky jsou skupinové VA prvky v periodické tabulce, reprezentované P a As. Tyto dva prvky mají ve vrstvě vnější vrstvy 5 elektronů, z nichž 4 mohou tvořit kovalentní vazby s atomy křemíku a zbývající je volný elektron.
Fosfor (P) je nekovový prvek s různými alotropy, z nichž nejčastější jsou bílý fosfor, červený fosfor a černý fosfor. Arsen (AS) je metaloidní prvek s kovovým leskem a chemickými vlastnostmi podobnými fosforu, ale sloučeniny arsenu jsou obecně stabilnější. Oxid arzenu je oxid arsenu, AS2O3.
Běžné trivalentní prvky
Trivalentní prvky jsou prvky skupiny IIIA v periodické tabulce, reprezentované Boronem (B) a Galliem (GA). Tyto dva prvky mají 3 elektrony ve vrstvě vnější.
- BORON (B) je tvrdý a křehký nekovový prvek s černou nebo hnědou barvou. V přírodě většinou existuje ve formě oxidů nebo borátů a běžné látky zahrnují kyselinu boritou, borax atd.
- Gallium (GA) je měkký kov s nízkým bodem tání. Jeho bod tání je asi 29,76 stupňů a GaAs je široce používán jako polovodičový materiál. Kromě toho se Gallium používá také při výrobě solárních článků, LED atd.
Běžné dopingové metody
V současné době existují dvě hlavní metody, jmenovitě difúzní a iontová implantace:
- Difúze
Nejprve je polovodičová oplatka vyčištěna, aby se zajistilo, že na jeho povrchu nedojde k žádné kontaminaci. Následně je křemíkový oplatk zahříván při vysoké teplotě (difúzní pec). Atomy dopant mohou vstoupit do polovodičového materiálu a po difúzi se provádí následné zpracování, jako je žíhání, pro stabilizaci distribuce dopantů.
- Ionta implantace
Implantace iontů používá vysoké napětí k urychlení ionizovaných dopant na velmi vysoká rychlost a zrychlené ionty jsou přesně vystřeleny na povrch destičky křemíku. Protože ionty mají vysokou kinetickou energii, proniknou na povrch křemíkové destičky a vstoupí do jeho interiéru.
