Dopajul semiconductorilor ( germană legieren - „ fuzibil ”, din latină ligare - „legare”) - introducerea unor cantități mici de impurități sau defecte structurale pentru a modifica în mod controlabil proprietățile electrice ale unui semiconductor , în special tipul său de conductivitate.
În producția de dispozitive semiconductoare, dopajul este unul dintre cele mai importante procese tehnologice (împreună cu gravarea și depunerea ).
Scopul principal este de a schimba tipul de conductivitate și concentrația de purtători în cea mai mare parte a semiconductorului pentru a obține proprietățile dorite (conductivitate, obținerea netezimea necesară a joncțiunii pn ). Cei mai comuni dopanți pentru siliciu sunt fosforul și arsenul (permit obținerea conductivității de tip n ) și borul ( tipul p ).
În funcție de gradul de dopaj (concentrația impurităților donor și acceptor ), se disting joncțiunile pn simetrice și asimetrice . În joncțiunile simetrice, concentrația purtătorilor în regiunile semiconductorului este aproape aceeași. În tranzițiile asimetrice, concentrațiile pot diferi de multe ori [1] .
În prezent, dopajul se realizează tehnologic în trei moduri: implantare ionică , dopaj cu transmutare neutronică (NTL) și difuzie termică .
Implantarea ionică face posibilă controlul parametrilor dispozitivului mai precis decât difuzia termică și obținerea de joncțiuni pn mai clare. Din punct de vedere tehnologic, trece prin mai multe etape:
Implantarea ionică este controlată de următorii parametri:
În dopajul cu transmutație neutronică, dopanții nu sunt introduși în semiconductor, ci sunt formați ("transmutați") din atomii substanței inițiale ( siliciu , arseniură de galiu ) ca urmare a reacțiilor nucleare , cauzate de iradierea substanței originale cu neutroni. . NTL face posibilă obținerea de siliciu monocristal cu o distribuție deosebit de uniformă a atomilor de impurități. Metoda este utilizată în principal pentru dopajul substratului, în special pentru dispozitivele electronice de putere [2] .
Când substanța iradiată este siliciu, sub influența unui flux de neutroni termici din izotopul siliciului 30 Si se formează un izotop radioactiv 31 Si, care suferă apoi dezintegrare beta cu un timp de înjumătățire de aproximativ 157 minute și formarea de un izotop stabil al fosforului 31 P. Izotopul stabil 31 P rezultat creează conductivitate de tip n în siliciu.
În Rusia, posibilitatea dopării siliciului prin transmutare neutronică la scară industrială la reactoarele centralei nucleare și fără a aduce atingere producției de energie electrică a fost demonstrată în 1980. Până în 2004, tehnologia de aliere a lingourilor de siliciu cu un diametru de până la 85 mm a fost adusă în uz industrial, în special, la CNE Leningrad [3] .
Difuzia termică conține următorii pași: