อะไรคือความแตกต่างระหว่างสารหนูยาสลบและฟอสฟอรัสยาสลบในซิลิกอนผลึกเดี่ยว

ทั้งสองเป็นเซมิคอนดักเตอร์ N-type แต่อะไรคือความแตกต่างระหว่างสารหนูและฟอสฟอรัสยาสลบในซิลิกอนผลึกเดี่ยว? ในซิลิกอนผลึกเดี่ยวสารหนู (AS) และฟอสฟอรัส (P) เป็นทั้งสารเจือปน N-type (องค์ประกอบเพนทาวาเลนท์ที่ให้อิเล็กตรอนฟรี) อย่างไรก็ตามเนื่องจากความแตกต่างในโครงสร้างอะตอมคุณสมบัติทางกายภาพและลักษณะการประมวลผลผลกระทบของยาสลบและสถานการณ์แอปพลิเคชันแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ

I. โครงสร้างอะตอมและเอฟเฟกต์ขัดแตะ

รัศมีอะตอมและการบิดเบือนตาข่าย

ฟอสฟอรัส (P): ด้วยรัศมีอะตอมประมาณ 1.06 Å, เล็กกว่าซิลิกอนเล็กน้อย (1.11 Å), ยาสลบด้วยผลลัพธ์ในการบิดเบือนของซิลิคอนน้อยลง, ความเครียดที่ลดลงและความเสถียรของวัสดุที่ดีขึ้น

สารหนู (AS): ด้วยรัศมีอะตอมประมาณ 1.19 Å, มีขนาดใหญ่กว่าซิลิกอน, ยาสลบด้วยผลลัพธ์ในการบิดเบือนตาข่ายมากขึ้นซึ่งอาจแนะนำข้อบกพร่องมากขึ้นและส่งผลกระทบต่อการเคลื่อนย้ายของผู้ให้บริการ

ในตำแหน่งของพวกเขาภายในซิลิกอนทั้งสองสารออกฤทธิ์ส่วนใหญ่ทำหน้าที่เป็นสารเจือปนทดแทน (แทนที่อะตอมซิลิกอน) อย่างไรก็ตามเนื่องจากรัศมีที่ใหญ่กว่าสารหนูจึงมีการจับคู่ตาข่ายที่แย่กว่ากับซิลิคอนซึ่งอาจนำไปสู่การเพิ่มขึ้นของข้อบกพร่องที่มีการแปล

ii. ความแตกต่างในคุณสมบัติไฟฟ้า

ระดับพลังงานของผู้บริจาคและพลังงานไอออไนเซชัน

ฟอสฟอรัส (P): ระดับพลังงานของผู้บริจาคอยู่ที่ประมาณ 0.044 eV จากด้านล่างของแถบการนำส่งผลให้พลังงานไอออนไนซ์ต่ำ ที่อุณหภูมิห้องมันเกือบจะเป็นไอออนอย่างสมบูรณ์และความเข้มข้นของพาหะ (อิเล็กตรอน) อยู่ใกล้กับความเข้มข้นของยาสลบ

สารหนู (AS): ระดับพลังงานของผู้บริจาคอยู่ที่ประมาณ 0.049 eV จากด้านล่างของแถบการนำส่งผลให้พลังงานไอออนไนซ์สูงขึ้นเล็กน้อย ที่อุณหภูมิต่ำมันเป็นไอออนที่ไม่สมบูรณ์ส่งผลให้ความเข้มข้นของผู้ให้บริการต่ำกว่าความเข้มข้นของยาสลบเล็กน้อย ที่อุณหภูมิสูง (เช่นสูงกว่า 300 K) ประสิทธิภาพการแตกตัวของการเกิดฟอสฟอรัส

ผู้ให้บริการเคลื่อนที่

ซิลิคอนที่เจือด้วยฟอสฟอรัสมีการบิดเบือนตาข่ายน้อยและการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนที่สูงขึ้น (ประมาณ 1,350 ซม. ²/(V ・ S))

สารหนูยาสลบส่งผลให้การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนลดลงเล็กน้อย (ประมาณ 1300 cm²/(v ・ s)) เนื่องจากการบิดเบือนของตาข่ายและข้อบกพร่องมากขึ้น แต่ความแตกต่างลดลงที่ความเข้มข้นของสารเติมสูง

iii. ลักษณะการแพร่กระจายและการประมวลผล

ค่าสัมประสิทธิ์การแพร่กระจาย

ฟอสฟอรัส (P): ค่าสัมประสิทธิ์การแพร่กระจายในซิลิคอนมีขนาดค่อนข้างใหญ่ (เช่นประมาณ 1E-13 cm²/s ที่ 1100 ° C) อัตราการแพร่กระจายของมันเร็วที่อุณหภูมิสูงทำให้เหมาะสำหรับการสร้างรอยต่อลึก (เช่นตัวส่งสัญญาณของทรานซิสเตอร์สองขั้ว)

สารหนู (AS): ค่าสัมประสิทธิ์การแพร่กระจายค่อนข้างเล็ก (ประมาณ 1E-14 cm²/s ที่ 1100 ° C) อัตราการแพร่กระจายของมันช้าทำให้เหมาะสำหรับการสร้างทางแยกตื้น (เช่นบริเวณแหล่งที่มา/ท่อระบายน้ำของอุปกรณ์ทางแยก mosfet และ ultra-shallow junction)

ความสามารถในการละลายของแข็ง

ฟอสฟอรัส (P): ความสามารถในการละลายที่เป็นของแข็งสูงสุดในซิลิกอนประมาณ 1 ×10²¹อะตอม/cm³

สารหนู (AS): ความสามารถในการละลายที่เป็นของแข็งนั้นสูงขึ้นประมาณ 2.2 ×10²¹อะตอม/cm³ สิ่งนี้ช่วยให้ความเข้มข้นของยาสลบสูงขึ้นและเหมาะสำหรับเลเยอร์การสัมผัสของโอห์มมิกที่ต้องใช้ค่าการนำไฟฟ้าสูง

ลักษณะการฝังไอออน

มวลอะตอมของสารหนู (74.92 U) นั้นยิ่งใหญ่กว่าฟอสฟอรัส (30.97 U) การฝังไอออนช่วยให้มีช่วงที่สั้นลงและความลึกของการฝังตื้นกว่าทำให้เหมาะสำหรับการควบคุมความลึกของทางแยกตื้นอย่างแม่นยำ ในทางกลับกันฟอสฟอรัสต้องใช้ความลึกการฝังลึกและเนื่องจากค่าสัมประสิทธิ์การแพร่กระจายที่ใหญ่กว่านั้นยากต่อการควบคุม

ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างสารหนูและฟอสฟอรัสเป็นสารเจือปน N-type ในซิลิกอนผลึกเดี่ยวสามารถสรุปได้ดังต่อไปนี้: ฟอสฟอรัสเหมาะสำหรับการแยกลึก, สารเติมความเข้มข้นปานกลางถึงสูง, การประมวลผลง่าย ๆ และการเคลื่อนไหวสูง; ในขณะที่สารหนูเหมาะสำหรับทางแยกตื้น, ยาสลบความเข้มข้นสูง, การควบคุมความลึกทางแยกที่แม่นยำ แต่มีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญ ในการใช้งานจริงสารเจือปนที่เหมาะสมจะต้องเลือกตามโครงสร้างอุปกรณ์ (เช่นความลึกของทางแยกและข้อกำหนดความเข้มข้น) เงื่อนไขกระบวนการ (เช่นพารามิเตอร์การแพร่กระจาย/การฝัง) และเป้าหมายประสิทธิภาพ (เช่นการเคลื่อนย้ายและการนำไฟฟ้า)

Semicorex เสนอผลึกเดี่ยวคุณภาพสูงผลิตภัณฑ์ซิลิกอนในเซมิคอนดักเตอร์ หากคุณมีข้อสงสัยหรือต้องการรายละเอียดเพิ่มเติมโปรดอย่าลังเลที่จะติดต่อเรา

ติดต่อโทรศัพท์ # +86-13567891907

อีเมล: sales@semicorex.com