В чем разница между легированием мышьяка и легированием фосфора в монокристаллическом кремнеоне

Оба являются полупроводниками N-типа, но в чем разница между допингом мышьяка и легирования фосфора в однокристаллическом кремнеоне? В однокристаллическом кремнии мышьяк (AS) и фосфор (P) обычно используются гонщики N-типа (пентавалентные элементы, которые предоставляют свободные электроны). Однако из -за различий в атомной структуре, физических свойствах и характеристиках обработки их эффекты допинга и сценарии применения значительно различаются.

I. Атомная структура и эффекты решетки

Атомный радиус и искажение решетки

Фосфор (P): с атомным радиусом приблизительно 1,06 Å, немного меньше кремния (1,11 Å), легируя с приводы к меньшему искажению кремниевой решетки, более низкому напряжению и лучшей стабильности материала.

Мышьяк (AS): с атомным радиусом приблизительно 1,19 Å, большим, чем кремний, легируя с приводом к большему искажению решетки, потенциально внедряя больше дефектов и влияя на подвижность носителей.

В их положении в кремнии оба легирующие примеси в первую очередь действуют как заместительные легированные принуски (замена атомов кремния). Тем не менее, из -за его большего радиуса, мышьяк имеет более бедное соответствие решетке с кремнием, что потенциально приводит к увеличению локализованных дефектов.

II Различия в электрических свойствах

Уровень энергии донора и энергия ионизации

Фосфор (P): уровень энергии донора составляет приблизительно 0,044 эВ от дна полосы проводимости, что приводит к низкой энергии ионизации. При комнатной температуре он почти полностью ионизирован, а концентрация носителя (электрона) близка к концентрации легирования.

Мышьяк (AS): уровень энергии донора составляет приблизительно 0,049 эВ от дна полосы проводимости, что приводит к немного более высокой энергии ионизации. При низких температурах он не полностью ионизирован, что приводит к концентрации носителя, немного ниже, чем допинг концентрация. При высоких температурах (например, выше 300 К) эффективность ионизации приближается к эффективности фосфора.

Мобильность носителя

Кремний, легированный фосфором, имеет меньшее искажение решетки и более высокую подвижность электронов (приблизительно 1350 см²/(V ・ S)).

Допинг мышьяка приводит к немного более низкой подвижности электронов (приблизительно 1300 см²/(V ・ S)) из -за искажения решетки и большего количества дефектов, но разница уменьшается при высоких концентрациях допинга.

Iii. Характеристики диффузии и обработки

Коэффициент диффузии

Фосфор (P): его коэффициент диффузии в кремнии относительно большой (например, приблизительно 1e-13 см ²/с при 1100 ° C). Его скорость диффузии быстро при высоких температурах, что делает его подходящим для формирования глубоких соединений (например, эмиттер биполярного транзистора).

Мышьяк (AS): его коэффициент диффузии является относительно небольшим (приблизительно 1e-14 см ²/с при 1100 ° C). Скорость диффузии является медленной, что делает его подходящим для формирования мелких соединений (например, источника/утечки устройств MOSFET и Ultra Showllailling Jounction).

Твердое растворимость

Фосфор (P): его максимальная растворимость твердого тела в кремнии составляет приблизительно 1 × 10² атомы/см³.

Мышьяк (AS): его твердое растворимость еще выше, приблизительно 2,2 × 10² атомы/см сегодня. Это обеспечивает более высокие концентрации допинга и подходит для омических контактных слоев, требующих высокой проводимости.

Ионные имплантационные характеристики

Атомная масса мышьяка (74,92 U) намного больше, чем у фосфора (30,97 U). Ионная имплантация обеспечивает более короткий диапазон и более мелкую глубину имплантации, что делает ее подходящим для точного контроля глубины мелкого соединения. Фосфор, с другой стороны, требует более глубокой глубины имплантации, и из -за его большего коэффициента диффузии труднее контролировать.

Ключевые различия между мышьяком и фосфором в качестве легирования N-типа в однокристаллическом кремнеоне могут быть обобщены следующим образом: фосфор подходит для глубоких соединений, легирования средней и высокой концентрации, простой обработки и высокой мобильности; В то время как мышьяк подходит для мелких соединений, допинг высокой концентрации, точный контроль глубины соединения, но со значительным эффектом решетки. В практических приложениях соответствующая легирующая примеси должна быть выбрана на основе структуры устройства (например, требований глубины и концентрации соединения), условий процесса (например, параметров диффузии/имплантации) и целей производительности (например, подвижность и проводимость).

Semicorex предлагает высококачественные монокристаллыКремниевые продуктыв полупроводнике. Если у вас есть какие -либо запросы или вам нужны дополнительные данные, пожалуйста, не стесняйтесь связаться с нами.

Контактный телефон # +86-13567891907

Электронная почта: sales@semicorex.com