Doping

Im Bereich der Halbleiter, ist die Dotierung die Aktion des Hinzufügens von Verunreinigungen in geringen Mengen für eine reine Substanz, ihre Leitfähigkeitseigenschaften ändern.

Die Eigenschaften von Halbleitern werden weitgehend durch die Menge an Ladungsträgern darin geregelt. Diese Träger sind Elektronen oder Löcher. Dotieren eines Materials ist, in seiner Matrix, Atome aus einem anderen Material einzubringen. Diese Atome werden für einige der anfänglichen Kohlenstoff ersetzt werden und dadurch mehr Elektronen oder Löcher einzuführen.

Das Kohlenstoffdotierungsmaterial auch als Verunreinigungen bekannt und in verdünnter Phase: ihre Konzentration ist vernachlässigbar im Vergleich mit der von den Atomen des Ausgangsmaterials.

Leitung in Halbleitern

Ein Halbleiter ist ein kristalliner Feststoff, der elektrischen Leitungseigenschaften wurden durch zwei bestimmte Energiebänder bestimmt: Erstens, das Valenzband, das sich die Elektronen in der kovalenten Bindung beteiligt entspricht; auf der anderen Seite, das Leitungsband, das das Elektron in einem angeregten Zustand, die in dem Kristall bewegen kann.

Diese beiden Streifen sind durch einen Spalt, eine Bandlücke, die Elektronen nicht durch diese äußere Anregung passieren getrennt. Der Spalt entspricht einer Energiebarriere, dessen Größe die Elektronenvolt.

Die im Leitungsband vorhandenen Elektronen ermöglichen eine Stromleitung. Leitungsstrom kann in sehr ähnlich im Hinblick auf Elektronenlöcher Bewegen im Valenzband behandelt werden. Die Elektronendichte von n, p Löcher bezeichnet.

In einem Eigenhalbleiter oder reines besteht keine Dotieratom. Alle Elektronen im Leitungsband so von dem Valenzband zu kommen. So gibt es viele Elektronen als Löcher :; ist die intrinsische Konzentration. Alle Dotierung dient dazu, das Gleichgewicht zwischen Elektronen und Löchern zu verschieben, um eine elektrische Leitung von einer der zwei Arten von Trägern zu fördern.

Beispielsweise für Silizium bei der Temperatur von 300 K,.

Es war schon immer das Massenwirkungsgesetz:

N-Typ und P-Typ-Dotierung

Es gibt zwei Typen von Dotierungs:

  • N-Typ-Dotierung, die einen Überschuß an Elektronen, die negativ geladen sind, zu produzieren;
  • die P-Typ-Dotierung, umfassend das Herstellen eines Elektronendefizits stimmten damit ein Überschuss von positiv geladenen Löchern.

Die folgenden Abbildungen zeigen Beispiele von Doping Silizium mit Phosphor und Bor sind. Im Fall von Phosphor, wird ein zusätzliches Elektron zugeführt wird. Im Falle von Bor, es fehlt ein Elektron; so ist dies ein Elektron-Loch, das gebracht wird.

Kohlenstoff-Donor und Akzeptor

Die Verunreinigungsatom verursacht Effekte, die auf der Trennsäule in dem Periodensystem der Mendeleev nimmt ab, in Bezug auf die Spalte des Atoms es ersetzt.

  • Wenn das Dotieratom gehört zu derselben Spalte wie die Atom ersetzt es, sie sind isovalenten. Die Valenzelektronen eines Fremdatom die anfängliche Elektronenatom genau zu ersetzen. Elektrischen Leitungseigenschaften des Materials nicht verändert werden.
  • Wenn das Dotierungsatom gehört zu der vorherigen Spalte, dann fehlt ein Elektron, um alle Peripherieanfangs kovalente Bindungen wiederherzustellen. Es scheint ein Elektronenmangel, dh ein Loch. Das Atom der Akzeptor eingesetzt, weil sie in der Lage, ein zusätzliches Elektron aus dem Valenzband zu empfangen. Dies ist ein P. Dotierungs
  • Wenn das Dotieratom gehört zu der nächsten Spalte, hat es ein zusätzliches Elektron relativ zum Ausgangsatom. Initial kovalente Bindungen werden wiederhergestellt, aber ein Elektron ist in diesen Verbindungen verwendet. Daher ist es in einem freien Zustand des Systems. Das Atom wird eingefügt, sagt Spender. Eine N-Dotierung

Ein Dotierungsatom kann sowohl Donor und Akzeptor sein: Es wird dann das amphotere. Dies ist beispielsweise der Fall von Silicium, einem Dotiermittel Galliumarsenid: Wenn Si dreht Substitution eines Galliumatom ist es ein Elektronendonor. Wenn es als Ersatz für eine Arsenatom ist es Akzeptor.

Wenn die Ionisationsenergie ist geringer als der Umgebungswärmeenergie dann die Fremdatome werden bei Raumtemperatur ionisiert.

Ändern der Energiebandstruktur

Dotierung verursacht das Auftreten neuer Akzeptoren Ebenen und Elektronendonoren in der Bandstruktur des dotierten Materials. Diese Ebenen werden in dem Zwischenraum zwischen dem Leitungsband und dem Valenzband.

Wenn eine n-Typ-Dotierung, die Einführung von elektronenspendenden Atomen führt zum Auftreten einer Pseudoenergieniveau gerade unterhalb des Leitungsbandes. Somit ist die für die Elektronen benötigt, um durch das Leitungsband passieren Energie viel leichter als in einem Eigenhalbleiter erreicht.

Bei einer P-Dotierung, die Einführung von Kohlen Elektronenakzeptoren führt in analoger Weise das Auftreten einer Pseudo Niveau über dem Valenzband. Die Energie, Valenzelektronen zur Verfügung, um auf dieser Ebene passieren Akzeptor ist gering, und die Abfahrt von Elektronen führt zum Auftreten von Löchern im Valenzband.

Doping-Technologie in der Mikroelektronik

Es gibt verschiedene Methoden, die Dotierung eines Materials durchführen:

  • durch Dotieren der Diffusion;
  • Dotierung durch Ionenimplantation;
  • Doping durch Kernumwandlung;
  • Dotieren von Lasertechnik.

Dotierung durch Diffusion

Dotierung durch Diffusion in einem Ofen durchgeführt. Das Dotierungsmittel sind erhältlich bei:

  • eine Feststoffquelle, die Probe zu dotierenden im Ofen vor einer festen Verbindung, die das Dotierungsmittel platziert. Das Dotierungsatom wird anschließend zu der Probe mit einem inerten Trägergas transportiert wird, von der festen Verbindung, welche sublimiert. Beispiel: P2O5.
  • einer Flüssigkeitsquelle: das Trägergas durch die Flüssigkeit geperlt oder berührt die Oberfläche bei einer gewählten Temperatur. Der Partialdruck der Verbindung in der Gas gleich dem Dampfdruck der Flüssigkeit. Beispiel: POCl3.
  • eine gasförmige Quelle: das Gas enthaltenden Dotierungsspezies in den Ofen eingebracht. Beispiele: PH3, B2H6, AsH3.

Dotierung erfolgt bei einer Temperatur zwischen 850 ° C und 1 150 ° C, um die Diffusion der Dotierungsmittel in dem Material zu ermöglichen.

Dotieren durch Ionenimplantation

Dotieren durch Ionenimplantation ist ionisierte Verunreinigungen mit einem elektrischen Feld beschleunigt, um die notwendige Energie zu verleihen, um das Material zurück zu dotieren. Dieses Verfahren erlaubt eine Vielzahl von Dotierstoffen. Die monoenergetischen Strahl und Vakuumkammer ermöglichen eine hohe Reproduzierbarkeit und Dotierungen regen.

Mehr ein Ion beschleunigt wird, ist die kinetische Energie groß mehr, und deshalb wird sie tief in das Kristallgitter des Substrats dotiert ist, durchdringen. Somit kann durch Steuern der Dosis und Energie, Bestimmen der Dotierungsprofil.

Einer der Nachteile der Dotierung durch Ionenimplantation ist die hohe kristalline Störung, die durch Stöße zwischen den einfallenden Ionen und Atomen des Materials verursacht wird. Dies bewirkt, dass Mängel, die die Kollisionswahrscheinlichkeit zu erhöhen und die Elektronenmobilität zu reduzieren.

Transmutationsdotierung

Durch Umwandlung Dotierung erfolgt in einem experimentellen Kernreaktor durchgeführt.

Das Dotierungsmittel wird durch Isotopen Capture erhalten Wenn Reaktion. Das Isotop Wenn dann erstellt sinkt auf P durch β- Radioaktivität. A Phosphor Dotierstoffs Atom ist somit sehr präzise in das Kristallgitter eingebracht und somit sicher eine unübertroffene Homogenität.

So erzeugten Halbleiter werden in der Leistungselektronik-Anwendungen verwendet werden, einschließlich elektrische Steuerungen Straßenbahnmotoren, TGV oder Elektro- / Hybridautos.

Die Dotierung mit Lasertechnik

Das Dotierungsmittel von einem Vorläufergas vorab durch Silizium chemisorbiert geliefert. Ein Excimer-Laser induzierte Schmelzzyklus / sehr schnelle Verfestigung, während der der Dotierstoff in die flüssige Phase diffundiert. Die Diffusionsgeschwindigkeit des Dotierungsmittels ist sehr schnell und vernachlässigbar in der Flüssigphase Festphase die Wiederholung dieses Prozesses kann eine Dotierungsdichte, die höher ist als die Löslichkeitsgrenze bei herkömmlichen Techniken erhalten werden, um zu erhalten.

Anwendungen Doping

Modulation der Trägerkonzentrationen

Dotieren von Halbleitersubstraten ermöglicht, ihre elektrische Leitfähigkeit über einen weiten Bereich einzustellen. So haben hochdotierten Halbleiter eine Leitfähigkeit nahe der von Metallen. Diese Bereiche umfassen hochdotierten auftreten, wenn zu wollen ohmsche Kontakte zu erreichen.

Berechnung der Leitfähigkeitsbereich

Es wird allgemein angenommen, dass ein Kristall beinhaltet:

Einer der Hypothesen ist, dass die Verunreinigungskonzentration muss im Vergleich zu derjenigen der Atome des Kristalls etwa zwei Grßenordnungen vernachlässigbar bleibt. Lassen Sie uns nehmen:

1000 so hoch,: Man kann die Ladungsträgerkonzentration als 1 variieren

Dies gibt eine elektrische Leitfähigkeit von Marge von

Im Vergleich dazu sind die Leitfähigkeitswerte zu

Geräte und Komponenten

Dioden, Transistoren, integrierte Schaltungen: Dotierung von Halbleitern wird in Verwirklichung nahezu allen elektronischen Komponenten involviert

(0)
(0)
Kommentare - 0
Keine Kommentare

Fügen Sie einen Kommentar

smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile
Zeichen übrig: 3000
captcha