دوپینگ ناخالصی یک گام بسیار مهم در تولید تراشه است. تقریباً تمام مدارهای یکپارچه ، LED ها ، دستگاه های برق و غیره نیاز به دوپینگ دارند. پس چرا دوپینگ؟ روشهای دوپینگ چیست؟ نقش دوپینگ چیست؟
چرا دوپینگ؟
سیلیکون ذاتی دارای هدایت ضعیفی است. لازم است مقدار کمی از ناخالصی ها را به سیلیکون ذاتی معرفی کنیم تا تعداد الکترونهای متحرک یا سوراخ ها را برای بهبود خواص الکتریکی آن افزایش دهید تا سیلیکون بتواند استانداردهای تولید نیمه هادی را رعایت کند.
سیلیکون ذاتی چیست؟
سیلیکون ذاتی به سیلیکون خالص ، سیلیکون که با هیچ ناخالصی دوپ نشده است ، اشاره دارد و تعداد الکترون ها و سوراخ های آزاد آن برابر است. سیلیکون ذاتی یک ماده نیمه هادی است که دارای هدایت ضعیف در دمای اتاق است.
سیلیکون از نوع N چیست؟
سیلیکون از نوع N با دوپینگ سیلیکون خالص با عناصر پنتاوالنت (مانند P ، AS و غیره) ساخته می شود. اتمهای عناصر پنتاوالنت مانند فسفر و آرسنیک جایگزین موقعیت اتم های سیلیکون می شوند. از آنجا که سیلیکون 4- valent است ، یک الکترون اضافی وجود خواهد داشت. الکترون های اضافی می توانند آزادانه حرکت کنند و بار منفی را تحمل کنند. n به معنای منفی است.
N+: نیمه هادی N-Type به شدت دوپ شده. N-: نیمه هادی از نوع N به آرامی.
سیلیکون از نوع P چیست؟
سیلیکون از نوع P با دوپینگ سیلیکون خالص با عناصر سه ظرفیتی (مانند B ، GA و غیره) ساخته می شود. اتمهای عناصر سه ظرفیتی مانند بور و گالیم جایگزین موقعیت اتم های سیلیکون می شوند ، اما در مقایسه با اتم های سیلیکون ، فاقد الکترون است. سوراخ در موقعیتی که الکترون از دست رفته است ظاهر می شود. خود سوراخ بار مثبت دارد و می تواند الکترون ها را بپذیرد ، بنابراین به آن سیلیکون از نوع P گفته می شود. P مخفف مثبت است.
P+، که به معنای نیمه هادی P-Type بسیار دوپ شده با غلظت بالا است. P- ، که به معنای نیمه هادی نوع P با غلظت دوپینگ کم است.
عناصر مشترک پنتاوالنت
عناصر پنتاوالنت عناصر گروهی در جدول تناوبی هستند که توسط P و AS نشان داده شده است. این دو عنصر دارای 5 الکترون در بیرونی ترین لایه هستند که 4 مورد از آنها می توانند پیوندهای کووالانسی با اتم های سیلیکون تشکیل دهند و باقیمانده یک الکترون رایگان است.
فسفر (P) یک عنصر غیر فلزی با انواع آلوتروپ ها است که شایع ترین آنها فسفر سفید ، فسفر قرمز و فسفر سیاه است. آرسنیک (AS) یک عنصر متالوئید با درخشش فلزی و خواص شیمیایی مشابه فسفر است ، اما ترکیبات آرسنیک به طور کلی پایدار هستند. تری اکسید آرسنیک یک اکسید آرسنیک ، AS2O3 است.
عناصر سه ظرفیتی مشترک
عناصر سه ظرفیتی عناصر گروه IIIA در جدول تناوبی هستند که توسط بور (B) و گالیم (GA) نشان داده شده است. این دو عنصر دارای 3 الکترون در بیرونی ترین لایه هستند.
- بور (ب) یک عنصر غیر فلزی سخت و شکننده با رنگ سیاه یا قهوه ای است. در طبیعت ، بیشتر به صورت اکسیدها یا بوراته های آن وجود دارد و مواد مشترک شامل اسید بوریک ، بوراکس و غیره است.
- گالیم (GA) یک فلز نرم با نقطه ذوب کم است. نقطه ذوب آن در حدود 29.76 درجه است و GAAS به طور گسترده ای به عنوان یک ماده نیمه هادی مورد استفاده قرار می گیرد. علاوه بر این ، گالیم نیز در تولید سلول های خورشیدی ، LED ها و غیره استفاده می شود.
روشهای دوپینگ رایج
در حال حاضر دو روش اصلی ، یعنی انتشار و کاشت یونی وجود دارد:
- انتشار
اول ، ویفر نیمه هادی تمیز می شود تا اطمینان حاصل شود که هیچ آلودگی روی سطح آن وجود ندارد. پس از آن ، ویفر سیلیکون در دمای بالا (کوره انتشار) گرم می شود. اتم های دوپانت می توانند وارد مواد نیمه هادی شوند و پس از انتشار ، پس از پردازش مانند بازپخت برای تثبیت توزیع دوپانت ها انجام می شود.
- کاشت یون
کاشت یون از ولتاژ بالا برای تسریع دوپانت های یونیزه شده به سرعت بسیار بالا استفاده می کند و یون های شتاب دقیقاً در سطح ویفر سیلیکون شلیک می شوند. از آنجا که یونها انرژی جنبشی بالایی دارند ، به سطح ویفر سیلیکون نفوذ می کنند و وارد فضای داخلی آن می شوند.
