O doping de impureza é uma etapa muito importante na fabricação de chips. Quase todos os circuitos integrados, LEDs, dispositivos de energia etc. requerem doping. Então, por que doping? Quais são os métodos de doping? Qual é o papel da doping?
Por que doping?
O silício intrínseco tem baixa condutividade. É necessário introduzir uma pequena quantidade de impurezas no silício intrínseco para aumentar o número de elétrons ou orifícios móveis para melhorar suas propriedades elétricas, para que o silício possa atender aos padrões de fabricação de semicondutores.
O que é o silício intrínseco?
O silício intrínseco refere -se a silício puro, silício que não é dopado de impurezas, e seu número de elétrons e orifícios livres é igual. O silício intrínseco é um material semicondutor com baixa condutividade à temperatura ambiente.
O que é o silício do tipo n?
O silício do tipo n é feito dopando silício puro com elementos pentavalentes (como p, como etc.). Os átomos de elementos pentavalentes, como fósforo e arsênico, substituem a posição dos átomos de silício. Como o silício é 4- valent, haverá um elétron extra. Os elétrons extras podem se mover livremente e carregar carga negativa. N significa negativo.
N+: Semicondutor do tipo n pesadamente dopado. N-: Semicondutor do tipo n levemente dopado.
O que é o silício do tipo P?
O silício do tipo p é feito dopando silício puro com elementos trivalentes (como B, GA, etc.). Os átomos de elementos trivalentes como boro e gálio substituem a posição dos átomos de silício, mas comparados aos átomos de silício, ele não possui um elétron. Um orifício aparece na posição em que o elétron está ausente. O buraco em si tem uma carga positiva e pode aceitar elétrons, por isso é chamado de silício do tipo P. P significa positivo.
P+, o que significa um semicondutor do tipo P altamente dopado com alta concentração. P-, que significa um semicondutor do tipo P com baixa concentração de doping.
Elementos pentavalentes comuns
Os elementos pentavalentes são elementos de GRA do grupo na tabela periódica, representados por P e As. Esses dois elementos têm 5 elétrons na camada mais externa, 4 dos quais podem formar ligações covalentes com átomos de silício, e a restante é um elétron livre.
O fósforo (P) é um elemento não metálico com uma variedade de alotropos, os mais comuns dos quais são fósforo branco, fósforo vermelho e fósforo preto. O arsênico (AS) é um elemento metalóide com um brilho metálico e propriedades químicas semelhantes ao fósforo, mas os compostos arsênicos são geralmente mais estáveis. O trioxido de arsênico é um óxido de arsênico, AS2O3.
Elementos trivalentes comuns
Os elementos trivalentes são elementos do grupo IIIA na tabela periódica, representada por boro (b) e gálio (GA). Esses dois elementos têm 3 elétrons na camada mais externa.
- O boro (b) é um elemento não metálico duro e quebradiço com uma cor preta ou marrom. Na natureza, existe principalmente na forma de seus óxidos ou boratos, e substâncias comuns incluem ácido bórico, bórax, etc.
- O gálio (GA) é um metal macio com um ponto de fusão baixo. Seu ponto de fusão é de cerca de 29,76 graus e os GaAs são amplamente utilizados como material semicondutor. Além disso, o gálio também é usado na produção de células solares, LEDs, etc.
Métodos de doping comuns
Atualmente, existem dois métodos principais, nomeadamente difusão e implante de íons:
- Difusão
Primeiro, a bolacha semicondutora é limpa para garantir que não haja contaminação em sua superfície. Posteriormente, a bolacha de silício é aquecida em alta temperatura (forno de difusão). Os átomos dopant podem entrar no material semicondutor e, após a difusão, o pós-processamento como o recozimento é realizado para estabilizar a distribuição de dopantes.
- Implante de íons
O implante de íons usa alta tensão para acelerar dopantes ionizados a velocidades muito altas, e os íons acelerados são atingidos com precisão na superfície da bolacha de silício. Como os íons têm alta energia cinética, eles penetram na superfície da bolacha de silício e entrarão em seu interior.