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行業(yè)百科
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半導(dǎo)體摻雜技術(shù)

    半導(dǎo)體的常用摻雜技術(shù)主要有兩種,即高溫(熱)擴(kuò)散和離子注入。摻入的雜質(zhì)主要有兩類:第一類是提供載流子的受主雜質(zhì)或施主雜質(zhì)(如Si中的B、P、As);第二類是產(chǎn)生復(fù)合中心的重金屬雜質(zhì)(如Si中的Au)。

    (1)熱擴(kuò)散技術(shù):對(duì)于施主或受主雜質(zhì)的摻入,就需要進(jìn)行較高溫度的熱擴(kuò)散。因?yàn)槭┲骰蚴苤麟s質(zhì)原子的半徑一般都比較大,它們要直接進(jìn)入半導(dǎo)體晶格的間隙中去是很困難的;只有當(dāng)晶體中出現(xiàn)有晶格空位后,雜質(zhì)原子才有可能進(jìn)去占據(jù)這些空位,并從而進(jìn)入到晶體。為了讓晶體中產(chǎn)生出大量的晶格空位,所以,就必須對(duì)晶體加熱,讓晶體原子的熱運(yùn)動(dòng)加劇,以使得某些原子獲得足夠高的能量而離開晶格位置、留下空位(與此同時(shí)也產(chǎn)生出等量的間隙原子,空位和間隙原子統(tǒng)稱為熱缺陷),也因此原子的擴(kuò)散系數(shù)隨著溫度的升高而指數(shù)式增大。對(duì)于Si晶體,要在其中形成大量的空位,所需要的溫度大致為1000度[C]左右,這也就是熱擴(kuò)散的溫度。

    (2)離子注入技術(shù):為了使施主或受主雜質(zhì)原子能夠進(jìn)入到晶體中去,需要首先把雜質(zhì)原子電離成離子,并用強(qiáng)電場(chǎng)加速、讓這些離子獲得很高的動(dòng)能,然后再直接轟擊晶體、并“擠”進(jìn)到里面去;這就是“注入”。當(dāng)然,采用離子注入技術(shù)摻雜時(shí),必然會(huì)產(chǎn)生出許多晶格缺陷,同時(shí)也會(huì)有一些原子處在間隙中。所以,半導(dǎo)體在經(jīng)過離子注入以后,還必須要進(jìn)行所謂退火處理,以消除這些缺陷和使雜質(zhì)“激活"。

    (3)與摻雜有關(guān)的問題:
    ①Si的熱氧化技術(shù):因?yàn)楫?dāng)Si表面原子與氧原子結(jié)合成一層SiO2后,若要進(jìn)一步增厚氧化層的話,那么就必須要讓外面的氧原子擴(kuò)散穿過已形成的氧化層、并與下面的Si原子結(jié)合,而SiO2膜是非晶體,氧原子在其中的擴(kuò)散速度很小,因此,往往要通過加熱來(lái)提高氧原子的熱運(yùn)動(dòng)能量,使得能夠比較容易地進(jìn)入到氧化層中去,這就是熱氧化。所以,Si的熱氧化溫度一般也比較高(~1000度[C]左右)。
    ②雜質(zhì)的激活:因?yàn)槭┲骰蚴苤麟s質(zhì)原子要能夠提供載流子,就必須處于替代Si原子的位置上。這樣才有多余的或者缺少的價(jià)電子、以產(chǎn)生載流子。所以在半導(dǎo)體中,即使摻入了施主或受主雜質(zhì),但是如果這些雜質(zhì)原子沒有進(jìn)入到替代位置,那么它們也將起不到提供載流子的作用。為此,就還需要進(jìn)行一定的熱處理步驟——激活退火。
    ③Au、Pt等重金屬雜質(zhì)原子的擴(kuò)散:重金屬雜質(zhì)與施主或受主雜質(zhì)不同,因?yàn)橹亟饘匐s質(zhì)的原子半徑很小,即使在較低溫度下也能夠很容易地通過晶格間隙而進(jìn)入到半導(dǎo)體中去,所以擴(kuò)散的溫度一般較低。例如擴(kuò)散Au,在700C下,只要數(shù)分鐘,Au原子即可分布到整個(gè)Si片。

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