एकल क्रिस्टल सिलिकॉन में आर्सेनिक डोपिंग और फास्फोरस डोपिंग के बीच अंतर क्या है

दोनों एन-प्रकार सेमीकंडक्टर्स हैं, लेकिन एकल-क्रिस्टल सिलिकॉन में आर्सेनिक और फास्फोरस डोपिंग के बीच क्या अंतर है? सिंगल-क्रिस्टल सिलिकॉन में, आर्सेनिक (एएस) और फास्फोरस (पी) दोनों आमतौर पर एन-टाइप डोपेंट (पेंटावेलेंट तत्व जो मुफ्त इलेक्ट्रॉन प्रदान करते हैं) हैं। हालांकि, परमाणु संरचना, भौतिक गुणों और प्रसंस्करण विशेषताओं में अंतर के कारण, उनके डोपिंग प्रभाव और अनुप्रयोग परिदृश्य काफी भिन्न होते हैं।

I. परमाणु संरचना और जाली प्रभाव

परमाणु त्रिज्या और जाली विरूपण

फॉस्फोरस (पी): लगभग 1.06 Å के परमाणु त्रिज्या के साथ, सिलिकॉन (1.11 Å) की तुलना में थोड़ा छोटा, सिलिकॉन जाली, कम तनाव और बेहतर सामग्री स्थिरता के कम विरूपण के परिणामस्वरूप डोपिंग।

आर्सेनिक (एएस): लगभग 1.19 Å के परमाणु त्रिज्या के साथ, सिलिकॉन से बड़ा, डोपिंग के रूप में अधिक जाली विकृति में परिणाम के साथ, संभवतः अधिक दोषों का परिचय और वाहक गतिशीलता को प्रभावित करना।

सिलिकॉन के भीतर अपनी स्थिति में, दोनों डोपेंट मुख्य रूप से मिश्रित डोपेंट (सिलिकॉन परमाणुओं की जगह) के रूप में कार्य करते हैं। हालांकि, इसके बड़े त्रिज्या के कारण, आर्सेनिक में सिलिकॉन के साथ एक खराब जाली मैच है, जो संभवतः स्थानीयकृत दोषों में वृद्धि के लिए अग्रणी है।

Ii। विद्युत गुणों में अंतर

दाता ऊर्जा स्तर और आयनीकरण ऊर्जा

फॉस्फोरस (पी): दाता ऊर्जा स्तर चालन बैंड के नीचे से लगभग 0.044 ईवी है, जिसके परिणामस्वरूप कम आयनीकरण ऊर्जा होती है। कमरे के तापमान पर, यह लगभग पूरी तरह से आयनित है, और वाहक (इलेक्ट्रॉन) एकाग्रता डोपिंग एकाग्रता के करीब है।

आर्सेनिक (एएस): दाता ऊर्जा स्तर चालन बैंड के नीचे से लगभग 0.049 ईवी है, जिसके परिणामस्वरूप थोड़ा अधिक आयनीकरण ऊर्जा होती है। कम तापमान पर, यह अपूर्ण रूप से आयनित होता है, जिसके परिणामस्वरूप डोपिंग एकाग्रता की तुलना में एक वाहक एकाग्रता थोड़ी कम होती है। उच्च तापमान (जैसे, 300 K से ऊपर) पर, आयनीकरण दक्षता फॉस्फोरस के पास पहुंचती है।

वाहक गतिशीलता

फॉस्फोरस-डोप किए गए सिलिकॉन में जाली विरूपण और उच्च इलेक्ट्रॉन गतिशीलता (लगभग 1350 सेमी of/(v) s)) होती है।

आर्सेनिक डोपिंग के परिणामस्वरूप जाली विकृति और अधिक दोषों के कारण थोड़ा कम इलेक्ट्रॉन गतिशीलता (लगभग 1300 सेमी km/(v) s) होती है, लेकिन अंतर उच्च डोपिंग सांद्रता में कम हो जाता है।

Iii। प्रसार और प्रसंस्करण विशेषताओं

प्रसार गुणांक

फॉस्फोरस (पी): सिलिकॉन में इसका प्रसार गुणांक अपेक्षाकृत बड़ा है (जैसे, लगभग 1E-13 सेमी cm/s 1100 ° C पर)। इसकी प्रसार दर उच्च तापमान पर तेज है, जिससे यह गहरे जंक्शनों (जैसे कि द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर का एमिटर) बनाने के लिए उपयुक्त है।

आर्सेनिक (एएस): इसका प्रसार गुणांक अपेक्षाकृत छोटा है (1100 डिग्री सेल्सियस पर लगभग 1 ई -14 सेमी//एस)। इसकी प्रसार दर धीमी है, जिससे यह उथले जंक्शनों (जैसे कि MOSFET और अल्ट्रा-शॉलो जंक्शन उपकरणों का स्रोत/नाली क्षेत्र) बनाने के लिए उपयुक्त है।

ठोस घुलनशीलता

फॉस्फोरस (पी): सिलिकॉन में इसकी अधिकतम ठोस घुलनशीलता लगभग 1 × 10 guse परमाणु/सेमी।

आर्सेनिक (एएस): इसकी ठोस घुलनशीलता और भी अधिक है, लगभग 2.2 × 10 worms परमाणु/सेमी। यह उच्च डोपिंग सांद्रता के लिए अनुमति देता है और उच्च चालकता की आवश्यकता वाले ओमिक संपर्क परतों के लिए उपयुक्त है।

आयन आरोपण विशेषताओं

आर्सेनिक (74.92 यू) का परमाणु द्रव्यमान फॉस्फोरस (30.97 यू) की तुलना में बहुत अधिक है। आयन आरोपण एक छोटी सीमा और उथले आरोपण गहराई के लिए अनुमति देता है, जिससे यह उथले जंक्शन की गहराई के सटीक नियंत्रण के लिए उपयुक्त हो जाता है। दूसरी ओर, फॉस्फोरस को गहरी आरोपण गहराई की आवश्यकता होती है और, इसके बड़े प्रसार गुणांक के कारण, नियंत्रित करना अधिक कठिन है।

एकल-क्रिस्टल सिलिकॉन में एन-टाइप डोपेंट के रूप में आर्सेनिक और फास्फोरस के बीच प्रमुख अंतर को संक्षेप में प्रस्तुत किया जा सकता है: फॉस्फोरस गहरे जंक्शनों, मध्यम-से-उच्च एकाग्रता डोपिंग, सरल प्रसंस्करण और उच्च गतिशीलता के लिए उपयुक्त है; जबकि आर्सेनिक उथले जंक्शनों, उच्च एकाग्रता डोपिंग, सटीक जंक्शन गहराई नियंत्रण के लिए उपयुक्त है, लेकिन महत्वपूर्ण जाली प्रभाव के साथ। व्यावहारिक अनुप्रयोगों में, डिवाइस संरचना (जैसे, जंक्शन की गहराई और एकाग्रता आवश्यकताओं), प्रक्रिया की स्थिति (जैसे, प्रसार/आरोपण पैरामीटर), और प्रदर्शन लक्ष्य (जैसे, गतिशीलता और चालकता) के आधार पर उपयुक्त डोपेंट का चयन किया जाना चाहिए।

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