Doping av halvledare ( tyska legieren - " säkring ", från latin ligare - "binda") - införandet av små mängder föroreningar eller strukturella defekter för att kontrollerat ändra de elektriska egenskaperna hos en halvledare , i synnerhet dess typ av konduktivitet.
Vid tillverkning av halvledarenheter är dopning en av de viktigaste tekniska processerna (tillsammans med etsning och deponering ).
Huvudmålet är att ändra typen av konduktivitet och koncentrationen av bärare i huvuddelen av halvledaren för att erhålla de önskade egenskaperna (ledningsförmåga, erhållande av den erforderliga jämnheten i pn-övergången ). De vanligaste dopämnena för kisel är fosfor och arsenik (låter erhålla n-typ ledningsförmåga ) och bor ( p-typ ).
Beroende på graden av dopning (koncentrationen av donator- och acceptorföroreningar ) särskiljs symmetriska och asymmetriska pn-övergångar. I symmetriska korsningar är koncentrationen av bärare i halvledarens regioner nästan densamma. I asymmetriska övergångar kan koncentrationerna skilja sig åt många gånger [1] .
För närvarande utförs dopning teknologiskt på tre sätt: jonimplantation , neutrontransmutationsdopning (NTL) och termisk diffusion .
Jonimplantation gör det möjligt att kontrollera enhetsparametrar mer exakt än termisk diffusion och att erhålla skarpare pn-övergångar. Teknologiskt går det igenom flera steg:
Jonimplantation styrs av följande parametrar:
Vid neutrontransmutationsdopning förs dopämnen inte in i halvledaren, utan bildas ("transmuteras") från atomerna i det ursprungliga ämnet ( kisel , galliumarsenid ) som ett resultat av kärnreaktioner , orsakade av bestrålning av det ursprungliga ämnet med neutroner . NTL gör det möjligt att erhålla enkristallkisel med en särskilt jämn fördelning av föroreningsatomer. Metoden används främst för substratdopning, speciellt för kraftelektronikapparater [2] .
När det bestrålade ämnet är kisel, under inverkan av en ström av termiska neutroner från isotopen av kisel 30 Si, bildas en radioaktiv isotop 31 Si, som sedan genomgår beta-sönderfall med en halveringstid på cirka 157 minuter och bildandet av en stabil isotop av fosfor 31 P. Den resulterande stabila isotopen 31 P skapar ledningsförmåga av n-typ i kisel.
I Ryssland visades möjligheten till neutrontransmutationsdopning av kisel i industriell skala vid kärnkraftverksreaktorer och utan att det påverkar elproduktionen 1980. År 2004 togs tekniken för att legera kiselgöt med en diameter på upp till 85 mm till industriell användning, i synnerhet vid kärnkraftverket i Leningrad [3] .
Termisk diffusion innehåller följande steg: