El dopaje de impurezas es un paso muy importante en la fabricación de chips. Casi todos los circuitos integrados, LED, dispositivos de energía, etc. requieren dopaje. Entonces, ¿por qué Doping? ¿Cuáles son los métodos de dopaje? ¿Cuál es el papel del dopaje?
¿Por qué dopando?
El silicio intrínseco tiene poca conductividad. Es necesario introducir una pequeña cantidad de impurezas en el silicio intrínseco para aumentar la cantidad de electrones o agujeros móviles para mejorar sus propiedades eléctricas para que el silicio pueda cumplir con los estándares para la fabricación de semiconductores.
¿Qué es el silicio intrínseco?
El silicio intrínseco se refiere al silicio puro, silicio que no está dopado con ninguna impureza, y su número de electrones y agujeros libres es igual. El silicio intrínseco es un material semiconductor con poca conductividad a temperatura ambiente.
¿Qué es el silicio de tipo N?
El silicio de tipo N se realiza dopando silicio puro con elementos pentavalentes (como P, AS, etc.). Los átomos de elementos pentavalentes como el fósforo y el arsénico reemplazan la posición de los átomos de silicio. Dado que el silicio es 4- Valent, habrá un electrón adicional. Los electrones adicionales pueden moverse libremente y transportar carga negativa. N significa negativo.
N+: semiconductor de tipo N muy dopado. N-: semiconductor de tipo n ligeramente dopado.
¿Qué es el silicio de tipo P?
El silicio de tipo P se realiza dopando silicio puro con elementos trivalentes (como B, GA, etc.). Los átomos de elementos trivalentes como Boron y Gallium reemplazan la posición de los átomos de silicio, pero en comparación con los átomos de silicio, carece de un electrón. Aparece un agujero en la posición donde falta el electrón. El agujero en sí tiene una carga positiva y puede aceptar electrones, por lo que se llama silicio de tipo P. P significa positivo.
P+, que significa un semiconductor de tipo P altamente dopado con una alta concentración. P-, que significa un semiconductor de tipo P con una concentración de dopaje baja.
Elementos pentavalent comunes
Los elementos pentavalent son elementos de grupo VA en la tabla periódica, representados por P y AS. Estos dos elementos tienen 5 electrones en la capa más externa, 4 de los cuales pueden formar enlaces covalentes con átomos de silicio, y el restante es un electrón libre.
El fósforo (P) es un elemento no metálico con una variedad de alotropos, el más común de los cuales son fósforo blanco, fósforo rojo y fósforo negro. El arsénico (AS) es un elemento metaloide con un brillo metálico y propiedades químicas similares al fósforo, pero los compuestos arsénicos son generalmente más estables. El trióxido arsénico es un óxido arsénico, as2O3.
Elementos trivalentes comunes
Los elementos trivalentes son elementos del Grupo IIIA en la tabla periódica, representados por Boron (B) y Gallium (GA). Estos dos elementos tienen 3 electrones en la capa más externa.
- Boron (B) es un elemento no metálico duro y frágil con un color negro o marrón. En la naturaleza, existe principalmente en forma de sus óxidos o boratos, y las sustancias comunes incluyen ácido bórico, bórax, etc.
- Gallium (GA) es un metal suave con un punto de fusión bajo. Su punto de fusión es de aproximadamente 29.76 grados, y GaAs se usa ampliamente como material semiconductor. Además, el galio también se usa en la producción de células solares, LED, etc.
Métodos de dopaje comunes
Actualmente hay dos métodos principales, a saber, difusión e implantación de iones:
- Difusión
Primero, la oblea de semiconductores se limpia para garantizar que no haya contaminación en su superficie. Posteriormente, la oblea de silicio se calienta a alta temperatura (horno de difusión). Los átomos de dopante pueden ingresar al material semiconductor, y después de la difusión, el procesamiento posterior como el recocido se realiza para estabilizar la distribución de dopantes.
- Implantación de iones
La implantación de iones utiliza un alto voltaje para acelerar los dopantes ionizados a velocidades muy altas, y los iones acelerados se disparan con precisión en la superficie de la oblea de silicio. Debido a que los iones tienen alta energía cinética, penetrarán en la superficie de la oblea de silicio y entrarán en su interior.