Puolijohteiden doping ( saksa legieren - " sulake ", latinasta ligare - "sidos") - pienten epäpuhtauksien tai rakenteellisten vikojen lisääminen puolijohteen sähköisten ominaisuuksien , erityisesti sen johtavuustyypin, hallitsemiseksi.
Puolijohdelaitteiden valmistuksessa doping on yksi tärkeimmistä teknologisista prosesseista ( etsauksen ja pinnoituksen ohella ).
Päätavoitteena on muuttaa johtavuuden tyyppiä ja kantajien pitoisuutta puolijohteen massassa haluttujen ominaisuuksien saavuttamiseksi (johtavuus, pn-liitoksen vaaditun tasaisuuden saavuttaminen ). Yleisimmät piin seostusaineet ovat fosfori ja arseeni (antavat saada n-tyypin johtavuuden ) ja boori ( p-tyyppi ).
Dopingasteen mukaan ( luovuttaja- ja akseptoriepäpuhtauksien pitoisuus ) erotetaan symmetriset ja epäsymmetriset pn-liitokset. Symmetrisissä liitoksissa kantoaaltojen pitoisuus puolijohteen alueilla on lähes sama. Epäsymmetrisissä siirtymissä pitoisuudet voivat vaihdella monta kertaa [1] .
Tällä hetkellä dopingia suoritetaan teknologisesti kolmella tavalla: ioni-istutus , neutronitransmutaatiodoping (NTL) ja lämpödiffuusio .
Ioni-implantaatio mahdollistaa laitteen parametrien säätelyn lämpödiffuusiota tarkemmin ja terävämpien pn-liitosten saamisen. Teknisesti se käy läpi useita vaiheita:
Ioni-istutusta ohjataan seuraavilla parametreilla:
Neutronitransmutaatiodopingissa seostusaineita ei viedä puolijohteeseen, vaan ne muodostuvat ("transmutoituvat") alkuperäisen aineen ( pii , galliumarsenidi ) atomeista ydinreaktioiden seurauksena , jotka aiheutuvat alkuperäisen aineen säteilyttämisestä neutroneilla. . NTL mahdollistaa yksikiteisen piin saamisen , jossa epäpuhtausatomit jakautuvat erityisen tasaisesti. Menetelmää käytetään pääasiassa substraattien dopingiin, erityisesti tehoelektroniikan laitteisiin [2] .
Kun säteilytetty aine on piitä, muodostuu piin 30 Si isotoopista peräisin olevien termisten neutronien virran vaikutuksesta radioaktiivinen isotooppi 31 Si, joka sitten käy läpi beetahajoamisen puoliintumisajalla noin 157 minuuttia ja muodostuu stabiili fosforin 31P isotooppi. Tuloksena oleva stabiili isotooppi 31P luo piin n-tyypin johtavuuden.
Venäjällä vuonna 1980 esitettiin mahdollisuus piin neutronitransmutaatioon dopingin tekemiseen teollisessa mittakaavassa ydinvoimalaitosten reaktoreissa ilman sähköntuotantoa. Vuoteen 2004 mennessä halkaisijaltaan jopa 85 mm:n piiharkkojen seostustekniikka tuotiin teolliseen käyttöön erityisesti Leningradin ydinvoimalassa [3] .
Lämpödiffuusio sisältää seuraavat vaiheet: