Doping af halvledere ( tysk legieren - " sikring ", fra latin ligare - "binde") - indførelse af små mængder urenheder eller strukturelle defekter for kontrollerbart at ændre de elektriske egenskaber af en halvleder , især dens type ledningsevne.
I produktionen af halvlederenheder er doping en af de vigtigste teknologiske processer (sammen med ætsning og deponering ).
Hovedmålet er at ændre typen af ledningsevne og koncentrationen af bærere i hovedparten af halvlederen for at opnå de ønskede egenskaber (ledningsevne, opnåelse af den krævede glathed af pn-forbindelsen ). De mest almindelige dopingmidler til silicium er fosfor og arsen (gør det muligt at opnå n-type ledningsevne ) og bor ( p-type ).
Afhængigt af graden af doping (koncentrationen af donor- og acceptorurenheder ) skelnes der mellem symmetriske og asymmetriske pn-forbindelser. I symmetriske kryds er koncentrationen af bærere i halvlederens områder næsten den samme. Ved asymmetriske overgange kan koncentrationerne afvige mange gange [1] .
I øjeblikket udføres doping teknologisk på tre måder: ionimplantation , neutrontransmutationsdoping (NTL) og termisk diffusion .
Ionimplantation gør det muligt at kontrollere enhedsparametre mere nøjagtigt end termisk diffusion og at opnå skarpere pn-forbindelser. Teknologisk går det gennem flere faser:
Ionimplantation styres af følgende parametre:
Ved neutrontransmutationsdoping indføres dopingstoffer ikke i halvlederen, men dannes ("transmuteres") fra atomerne i det oprindelige stof ( silicium , galliumarsenid ) som et resultat af kernereaktioner , forårsaget af bestråling af det oprindelige stof med neutroner . NTL gør det muligt at opnå enkelt-krystal silicium med en særlig ensartet fordeling af urenhedsatomer. Metoden bruges hovedsageligt til substratdoping, især til effektelektronik enheder [2] .
Når det bestrålede stof er silicium, dannes der under påvirkning af en strøm af termiske neutroner fra isotopen af silicium 30 Si en radioaktiv isotop 31 Si, som derefter gennemgår beta-henfald med en halveringstid på omkring 157 minutter og dannelse af en stabil isotop af phosphor 31 P. Den resulterende stabile isotop 31 P skaber n-type ledningsevne i silicium.
I Rusland blev muligheden for neutrontransmutationsdoping af silicium i industriel skala ved atomkraftværksreaktorer og uden at det berører elproduktionen vist i 1980. I 2004 blev teknologien til legering af siliciumbarrer med en diameter på op til 85 mm bragt til industriel brug, især ved Leningrad NPP [3] .
Termisk diffusion indeholder følgende trin: