Priemaišų dopavimas yra labai svarbus lustų gamybos žingsnis. Beveik visoms integruotos grandinės, šviesos diodai, maitinimo įtaisai ir kt. Reikalauja dopingo. Taigi kodėl dopingas? Kokie yra dopingo metodai? Koks yra dopingo vaidmuo?
Kodėl dopingas?
Vidinis silicis turi prastą laidumą. Į vidinį silicį reikia įvesti nedidelį kiekį priemaišų, kad padidintų kilnojamųjų elektronų ar skylių skaičių, kad pagerintų jo elektrines savybes, kad silicis galėtų atitikti puslaidininkių gamybos standartus.
Kas yra vidinis silicis?
Vidinis silicis nurodo gryną silicį, silicį, kuris nėra apjuostas jokiomis priemaišomis, o jo laisvųjų elektronų ir skylių skaičius yra lygus. Vidinis silicis yra puslaidininkinė medžiaga, turinti prastą laidumą kambario temperatūroje.
Kas yra n tipo silicis?
N tipo silicis gaminamas dopuojant gryną silicį su pentavalentiniais elementais (tokiais kaip P, AS ir kt.). Pentavalentinių elementų, tokių kaip fosforas ir arsenas, atomai pakeičia silicio atomų padėtį. Kadangi silicis yra 4- Valent, bus papildomas elektronas. Papildomi elektronai gali laisvai judėti ir atlikti neigiamą krūvį. N reiškia neigiamą.
N+: Sunkiai nutiestas N tipo puslaidininkis. N-: lengvai dopedas N tipo puslaidininkis.
Kas yra p tipo silicis?
P tipo silicis gaminamas dopuojant gryną silicį su trivaleniais elementais (tokiais kaip B, GA ir kt.). Trivalentinių elementų, tokių kaip boras ir Galliumas, atomai pakeičia silicio atomų padėtį, tačiau, palyginti su silicio atomais, jam trūksta elektrono. Skylė pasirodo tokioje padėtyje, kur trūksta elektrono. Pati skylė turi teigiamą krūvį ir gali priimti elektronus, todėl ji vadinama p tipo siliciu. P reiškia teigiamą.
P+, tai reiškia labai dopuotą P tipo puslaidininkį, kurio koncentracija yra didelė. P-, tai reiškia P tipo puslaidininkį, kurio dopingo koncentracija yra maža.
Įprasti pentavalentiniai elementai
Pentavalentiniai elementai yra VA grupės elementai periodinėje lentelėje, atstovaujami P ir AS. Šie du elementai turi 5 elektronus išoriniame sluoksnyje, iš kurių 4 gali sudaryti kovalentinius ryšius su silicio atomais, o likęs yra laisvasis elektronas.
Fosforas (P) yra nemetalinis elementas, turintis įvairius allotropus, iš kurių dažniausiai yra baltasis fosforas, raudonasis fosforas ir juodasis fosforas. Arsenas (AS) yra metaloidinis elementas, turintis metalinį blizgesį ir chemines savybes, panašias į fosforą, tačiau arseno junginiai paprastai yra stabilesni. Arseno trioksidas yra arseno oksidas, AS2O3.
Įprasti trivalentiniai elementai
Trivalentiniai elementai yra IIIA grupės elementai periodinėje lentelėje, atstovaujami boro (B) ir Gallium (GA). Šie du elementai turi 3 elektronus išoriniame sluoksnyje.
- Boronas (B) yra kietas ir trapus nemetalinis elementas, turintis juodą ar rudą spalvą. Gamtoje jis dažniausiai egzistuoja jo oksidų ar boratų pavidalu, o įprastos medžiagos yra boro rūgštis, boraksas ir kt.
- „Gallium“ (GA) yra minkštas metalas, turintis žemą lydymosi tašką. Jo lydymosi taškas yra apie 29,76 laipsnio, o GaAs yra plačiai naudojamas kaip puslaidininkinė medžiaga. Be to, „Gallium“ taip pat naudojamas gaminant saulės elementus, šviesos diodus ir kt.
Įprasti dopingo metodai
Šiuo metu yra du pagrindiniai metodai, būtent difuzija ir jonų implantacija:
- Difuzija
Pirma, puslaidininkių plokštelė išvaloma, kad būtų užtikrinta, jog jo paviršiuje nėra užteršimo. Vėliau silicio vaflis kaitinamas aukštoje temperatūroje (difuzijos krosnis). Dopanto atomai gali patekti į puslaidininkinę medžiagą, o po difuzijos, pavyzdžiui, atkaitinimas, atliekamas, kad stabilizuotų dopantų pasiskirstymą.
- Jonų implantacija
Jonų implantacija naudoja aukštą įtampą, kad pagreitintų jonizuotus dopantus, iki labai didelio greičio, o pagreitinta jonai tiksliai šaudomi į silicio plokštelės paviršių. Kadangi jonai turi didelę kinetinę energiją, jie prasiskverbs į silicio plokštelės paviršių ir pateks į jo interjerą.
