Le dopage des impuretés est une étape très importante dans la fabrication de puces. Presque tous les circuits intégrés, LED, dispositifs d'alimentation, etc. nécessitent un dopage. Alors pourquoi le doping? Quelles sont les méthodes de dopage? Quel est le rôle du dopage?
Pourquoi le doping?
Le silicium intrinsèque a une mauvaise conductivité. Il est nécessaire d'introduire une petite quantité d'impuretés dans le silicium intrinsèque pour augmenter le nombre d'électrons ou de trous mobiles pour améliorer ses propriétés électriques afin que le silicium puisse répondre aux normes de fabrication de semi-conducteurs.
Qu'est-ce que le silicium intrinsèque?
Le silicium intrinsèque fait référence au silicium pur, le silicium qui n'est dopé avec des impuretés, et son nombre d'électrons et de trous libres est égal. Le silicium intrinsèque est un matériau semi-conducteur avec une mauvaise conductivité à température ambiante.
Qu'est-ce que le silicium de type N?
Le silicium de type N est fabriqué en dopant du silicium pur avec des éléments pentavalents (tels que P, AS, etc.). Les atomes d'éléments pentavalents tels que le phosphore et l'arsenic remplacent la position des atomes de silicium. Puisque le silicium est 4- Valent, il y aura un électron supplémentaire. Les électrons supplémentaires peuvent se déplacer librement et porter une charge négative. N signifie négatif.
N +: Semi-conducteur de type N fortement dopé. N-: Semi-conducteur de type N légèrement dopé.
Qu'est-ce que le silicium de type P?
Le silicium de type P est fabriqué en dopant du silicium pur avec des éléments trivalents (comme B, Ga, etc.). Les atomes d'éléments trivalents tels que le bore et le gallium remplacent la position des atomes de silicium, mais par rapport aux atomes de silicium, il n'a pas d'électron. Un trou apparaît dans la position où l'électron est manquant. Le trou lui-même a une charge positive et peut accepter les électrons, il est donc appelé le silicium de type P. P signifie positif.
P +, ce qui signifie un semi-conducteur de type P hautement dopé avec une concentration élevée. P-, ce qui signifie un semi-conducteur de type P avec une faible concentration de dopage.
Éléments pentavalents communs
Les éléments pentavalents sont des éléments de groupe VA dans le tableau périodique, représenté par P et AS. Ces deux éléments ont 5 électrons dans la couche la plus externe, dont 4 peuvent former des liaisons covalentes avec des atomes de silicium, et le reste est un électron libre.
Le phosphore (P) est un élément non métallique avec une variété d'allotropes, dont les plus courants sont le phosphore blanc, le phosphore rouge et le phosphore noir. L'arsenic (AS) est un élément métalloïde avec un éclat métallique et des propriétés chimiques similaires au phosphore, mais les composés de l'arsenic sont généralement plus stables. Le trioxyde d'arsenic est un oxyde d'arsenic, AS2O3.
Éléments trivalents courants
Les éléments trivalents sont des éléments du groupe IIIA dans le tableau périodique, représenté par le bore (B) et le gallium (GA). Ces deux éléments ont 3 électrons dans la couche la plus externe.
- Le bore (b) est un élément non métallique dur et cassant de couleur noire ou brun. De nature, il existe principalement sous la forme de ses oxydes ou borates, et les substances communes incluent l'acide borique, le borax, etc.
- Le gallium (GA) est un métal doux avec un point de fusion bas. Son point de fusion est d'environ 29,76 degrés et le GAAS est largement utilisé comme matériau semi-conducteur. De plus, le gallium est également utilisé dans la production de cellules solaires, de LED, etc.
Méthodes de dopage communes
Il existe actuellement deux méthodes principales, à savoir la diffusion et l'implantation ionique:
- Diffusion
Tout d'abord, la tranche de semi-conducteur est nettoyée pour s'assurer qu'il n'y a pas de contamination à sa surface. Par la suite, la tranche de silicium est chauffée à haute température (four à diffusion). Les atomes de dopant peuvent pénétrer dans le matériau semi-conducteur, et après la diffusion, le post-traitement tel que le recuit est effectué pour stabiliser la distribution des dopants.
- Implantation ionique
L'implantation ionique utilise une haute tension pour accélérer les dopants ionisés à des vitesses très élevées, et les ions accélérés sont tirés précisément à la surface de la tranche de silicium. Parce que les ions ont une énergie cinétique élevée, ils pénétreront la surface de la tranche de silicium et entreront dans son intérieur.
