Яка різниця між допінгом миш'яку та допінгом фосфору в монокристалічному кремнію

Обидва є напівпровідниками N-типу, але яка різниця між миш'яком та фосфором, що допінг в монокристалічному кремнії? У монокристалічному кремнію миш'як (AS) та фосфор (P)-це як правило, використовуються допантами N-типу (пентавалентні елементи, які забезпечують безкоштовні електрони). Однак, через відмінності в атомній структурі, фізичних властивостях та характеристиках обробки, їх допінг -ефекти та сценарії застосування суттєво відрізняються.

I. Атомна структура та наслідки решітки

Атомний радіус і спотворення решітки

Фосфор (P): з атомним радіусом приблизно 1,06 Å, трохи меншим, ніж кремнію (1,11 Å), допінг з тим, що призводить до меншого спотворення кремнієвої решітки, нижчого стресу та кращої стабільності матеріалу.

Миш'як (AS): з атомним радіусом приблизно 1,19 Å, більшим за кремнію, допінг з тим, що призводить до більшої спотворення решітки, потенційно вводячи більше дефектів та впливаючи на рухливість носія.

У своєму положенні в кремнію, обидва допанти в першу чергу діють як замісні допанти (замінюючи кремнієві атоми). Однак, завдяки своєму більшому радіусу, миш'як має бідніший гратний поєдинок з кремнію, що потенційно призводить до збільшення локалізованих дефектів.

Ii. Відмінності в електричних властивостях

Рівень енергії донорів та енергія іонізації

Фосфор (P): рівень енергії донора приблизно 0,044 еВ від дна провідності, що призводить до низької енергії іонізації. При кімнатній температурі вона майже повністю іонізована, а концентрація носія (електронів) близька до концентрації допінгу.

Миш'як (AS): рівень енергії донора становить приблизно 0,049 еВ від дна провідної смуги, що призводить до дещо вищої енергії іонізації. При низьких температурах він неповно іонізується, що призводить до концентрації носія, трохи нижчою, ніж концентрація допінгу. При високих температурах (наприклад, вище 300 К) ефективність іонізації наближається до ефективності фосфору.

Мобільність перевізника

Кремній, легований фосфором, має менше спотворення решітки та більш високу рухливість електронів (приблизно 1350 см²/(v ・ s)).

Допінг миш'яку призводить до дещо нижньої рухливості електронів (приблизно 1300 см²/(V ・ S) через спотворення решітки та більше дефектів, але різниця зменшується при високих концентраціях допінгу.

Iii. Характеристики дифузії та обробки

Коефіцієнт дифузії

Фосфор (P): його коефіцієнт дифузії в кремнію відносно великий (наприклад, приблизно 1е-13 см²/с при 1100 ° С). Його швидкість дифузії швидко при високій температурі, що робить її придатною для формування глибоких перехрестя (наприклад, випромінювача біполярного транзистора).

Миш'як (AS): його коефіцієнт дифузії порівняно невеликий (приблизно 1е-14 см²/с при 1100 ° C). Його швидкість дифузії повільна, що робить її придатною для формування неглибоких перехрестя (наприклад, джерело/зливна область MOSFET та ULTRA-SHALLESS пристроїв).

Тверда розчинність

Фосфор (P): його максимальна тверда розчинність у кремнію становить приблизно 1 × 10²¹ атомів/см³.

Миш'як (AS): його тверда розчинність ще вище, приблизно 2,2 × 10²¹ атомів/см³. Це дозволяє зробити більш високі концентрації допінгу і підходить для омічних контактних шарів, що потребують високої провідності.

Характеристики іонної імплантації

Атомна маса миш'яку (74,92 U) значно більша, ніж у фосфору (30,97 U). Іонна імплантація дозволяє проводити коротший діапазон і дрібнішу глибину імплантації, що робить її придатною для точного контролю глибини мілководного переходу. З іншого боку, фосфор вимагає глибших глибин імплантації і, завдяки його більшому коефіцієнту дифузії, важче контролювати.

Ключові відмінності між миш'яком та фосфором як допантами N-типу в однокристалічному кремнії можуть бути узагальнені наступним чином: фосфор підходить для глибоких стиків, допінгу середньої до високої концентрації, простої обробки та високої рухливості; У той час як миш'як підходить для неглибоких перехрестя, допінгу з високою концентрацією, точним контролем глибини переходу, але зі значними наслідками решітки. У практичних застосуванні відповідний допант повинен бути обраний на основі структури пристрою (наприклад, глибини стику та вимоги до концентрації), умов процесів (наприклад, параметри дифузії/імплантації) та цілі продуктивності (наприклад, мобільність та провідність).

Semicorex пропонує високоякісний монокристалКремнієва продукціяу напівпровіднику. Якщо у вас є якісь запити або потрібні додаткові деталі, будь ласка, не соромтеся зв’язатися з нами.

Зверніться до телефону # +86-13567891907

Електронна пошта: sales@semicorex.com