กลับไปหน้าบทความ

อ่าน 12 นาที

การเติมสารเจือปน (สารกึ่งตัวนำ)

ในกระบวนการผลิตสารกึ่งตัวนำ การเจือปนคือการจงใจเติมสารเจือปนลงในสารกึ่งตัวนำบริสุทธิ์ (ไม่เจือปน)เพื่อปรับเปลี่ยนคุณสมบัติทางไฟฟ้า ทางแสง และโครงสร้างของสารกึ่งตัวนำนั้น...

การเติมสารเจือปน (สารกึ่งตัวนำ)

การเติมสารเจือปนในอาร์เรย์ ซิลิคอนบริสุทธิ์ สารกึ่งตัวนำชนิดอินทรินสิกที่ใช้ซิลิคอนเป็นพื้นฐานจะกลายเป็นสารกึ่งตัวนำชนิดเอ็กซ์ทรินสิกเมื่อ มีการเติมสารเจือปน เช่นโบรอนและแอนติโมนี เข้าไป

ในกระบวนการผลิตสารกึ่งตัวนำ การเจือปนคือการจงใจเติมสารเจือปนลงในสารกึ่งตัวนำบริสุทธิ์ (ไม่เจือปน)เพื่อปรับเปลี่ยนคุณสมบัติทางไฟฟ้า ทางแสง และโครงสร้างของสารกึ่งตัวนำนั้น วัสดุที่ถูกเจือปนแล้วเรียกว่าสารกึ่ง ตัวนำภายนอก

อะตอมของสารเจือปนเพียงเล็กน้อยก็สามารถเปลี่ยนแปลงความสามารถในการนำไฟฟ้าของสารกึ่งตัวนำได้ เมื่อมีการเติมอะตอมของสารเจือปนประมาณหนึ่งอะตอมต่ออะตอมพื้นฐาน 100 ล้านอะตอม การเจือปนนั้นเรียกว่าการเจือปนต่ำหรือเบาเมื่อมีการเติมอะตอมของสารเจือปนในปริมาณมาก เช่น หนึ่งอะตอมต่ออะตอมพื้นฐาน 10,000 อะตอม การเจือปนนั้นเรียกว่าการเจือปนสูงหรือหนักซึ่งมักแสดงด้วยสัญลักษณ์n+สำหรับ การเจือปน แบบ n-typeหรือp+สำหรับ การเจือปน แบบ p-type ( ดูบทความเกี่ยวกับสารกึ่งตัวนำสำหรับคำอธิบายโดยละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับกลไกการเจือปน ) สารกึ่งตัวนำที่ถูกเจือปนในระดับสูงมากจนมีคุณสมบัติคล้ายตัวนำมากกว่าสารกึ่งตัวนำ เรียกว่าสารกึ่งตัวนำเสื่อมสภาพ สารกึ่งตัวนำสามารถถือได้ว่าเป็นสารกึ่งตัวนำแบบ i-typeหากมีการเจือปนในปริมาณ p และ n ที่เท่ากัน

ในบริบทของสารเรืองแสงและสารเปล่งแสงการเติมสารเจือปนนั้นเป็นที่รู้จักกันดีในชื่อการกระตุ้นซึ่งไม่ควรสับสนกับการกระตุ้นสารเจือปนในสารกึ่งตัวนำ การเติมสารเจือปนยังใช้เพื่อควบคุมสีในเม็ดสีบางชนิดด้วย

ประวัติศาสตร์

ผลกระทบของสิ่งเจือปนในสารกึ่งตัวนำ (การเจือปน) เป็นที่ทราบกันมานานแล้วในเชิงประจักษ์ในอุปกรณ์ต่างๆ เช่นเครื่องตรวจจับคลื่นวิทยุแบบคริสตัล และตัวเรียงกระแสซีลีเนียมตัวอย่างเช่น ในปี 1885 Shelford Bidwellและในปี 1930 นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมัน Bernhard Gudden ต่างรายงานโดยอิสระว่าคุณสมบัติของสารกึ่งตัวนำนั้นเกิดจากสิ่งเจือปนที่บรรจุอยู่[ 1 ] [ 2 ] กระบวนการเจือปนได้รับการพัฒนาอย่างเป็นทางการโดยJohn Robert Woodyardซึ่งทำงานอยู่ที่บริษัท Sperry Gyroscopeในช่วงสงครามโลกครั้งที่สองแม้ว่าจะไม่ได้ใช้คำว่า"เจือปน"ในสิทธิบัตรของสหรัฐอเมริกาที่ออกในปี 1950 ของเขา แต่สิทธิบัตรดังกล่าวได้อธิบายวิธีการเพิ่มธาตุของแข็งจำนวนเล็กน้อยจากคอลัมน์ไนโตรเจนของตารางธาตุลงในเจอร์มาเนียมเพื่อผลิตอุปกรณ์เรียงกระแส[ 3 ]ภาระงานด้านเรดาร์ ของเขา ทำให้ Woodyard ไม่สามารถทำการวิจัยเพิ่มเติมเกี่ยวกับการเจือปนสารกึ่งตัวนำได้

งานที่คล้ายกันนี้ดำเนินการที่Bell LabsโดยGordon K. TealและMorgan Sparksโดยมีการออกสิทธิบัตรของสหรัฐอเมริกาในปี พ.ศ. 2496 [ 4 ]

สิทธิบัตรก่อนหน้าของ Woodyard พิสูจน์ให้เห็นว่าเป็นพื้นฐานของการฟ้องร้องอย่างกว้างขวางโดยSperry Rand [ 5 ]

ความเข้มข้นของตัวนำ

ความเข้มข้นของสารเจือปนที่ใช้ส่งผลต่อคุณสมบัติทางไฟฟ้าหลายประการของสารกึ่งตัวนำ ที่สำคัญที่สุดคือความเข้มข้นของตัวนำประจุใน วัสดุ ในสารกึ่งตัวนำบริสุทธิ์ภายใต้สมดุลทางความร้อนความเข้มข้นของอิเล็กตรอนและโฮลจะเท่ากัน นั่นคือ

ในสารกึ่งตัวนำที่ไม่ใช่สารกึ่งตัวนำบริสุทธิ์ภายใต้สมดุลทางความร้อน ความสัมพันธ์จะเป็นดังนี้ (สำหรับการเจือจางในระดับต่ำ):

โดยที่n 0คือความเข้มข้นของอิเล็กตรอนนำไฟฟ้าp 0คือความเข้มข้นของโฮลนำไฟฟ้า และn iคือความเข้มข้นของตัวนำภายในของวัสดุ ความเข้มข้นของตัวนำภายในจะแตกต่างกันไปในแต่ละวัสดุและขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ ตัวอย่างเช่น n iของซิลิคอนมีค่าประมาณ 1.08×10 10 cm −3ที่ 300 เคลวินซึ่งใกล้เคียงกับอุณหภูมิห้อง[ 6 ]

โดยทั่วไป การเพิ่มปริมาณสารเจือปนจะนำไปสู่การเพิ่มค่าการนำไฟฟ้าเนื่องจากความเข้มข้นของตัวนำไฟฟ้าที่สูงขึ้น สารกึ่งตัวนำแบบดีเจเนอเรต (เจือปนสูงมาก) มีระดับการนำไฟฟ้าเทียบเท่ากับโลหะและมักใช้ในวงจรรวมเพื่อทดแทนโลหะ บ่อยครั้งที่ใช้สัญลักษณ์บวกและลบกำกับเพื่อแสดงความเข้มข้นของการเจือปนสัมพัทธ์ในสารกึ่งตัวนำ ตัวอย่างเช่นn +หมายถึงสารกึ่งตัวนำชนิด n ที่มีความเข้มข้นของการเจือปนสูง ซึ่งมักจะเป็นแบบดีเจเนอเรต ในทำนองเดียวกันp− จะบ่งบอกถึงวัสดุชนิด p ที่มีการเจือปนน้อยมาก แม้แต่ระดับการเจือปนแบบดีเจเนอเรตก็ยังหมายถึงความเข้มข้นของสิ่งเจือปนต่ำเมื่อเทียบกับสารกึ่งตัวนำพื้นฐาน ในซิลิคอนผลึกบริสุทธิ์มีอะตอมประมาณ 5× 10²²อะตอม/cm³ ความ เข้มข้น ของการเจือปนสำหรับสารกึ่งตัวนำซิลิคอนอาจมีตั้งแต่ 10¹³ cm⁻³ถึง10¹⁸ cm⁻³ความ เข้มข้นของการ เจือปนที่สูงกว่าประมาณ10¹⁸ cm⁻³ ถือว่าเป็นแบบดีเจเนอเรตที่อุณหภูมิห้อง ซิลิคอนที่เจือปนอย่างมากจะมีสัดส่วนของสิ่งเจือปนต่อซิลิคอนอยู่ในระดับส่วนต่อพัน สัดส่วนนี้อาจลดลงเหลือส่วนต่อพันล้านในซิลิคอนที่เจือปนน้อยมาก ค่าความเข้มข้นโดยทั่วไปจะอยู่ในช่วงนี้และถูกปรับแต่งเพื่อให้ได้คุณสมบัติที่ต้องการในอุปกรณ์ที่เซมิคอนดักเตอร์นั้นถูกนำไปใช้

ผลกระทบต่อโครงสร้างแถบพลังงาน

แผนภาพแถบพลังงานของการทำงานของรอยต่อ PN ในโหมดไบแอสไปข้างหน้า แสดงให้เห็นความกว้างของชั้นพร่องที่ลดลง ทั้งรอยต่อ p และ n ถูกเจือด้วยระดับการเจือ 1×10¹⁵ / cm³ส่งผลให้มีศักย์ภายในประมาณ 0.59 V การลดลงของความกว้างของชั้นพร่องสามารถอนุมานได้จากโปรไฟล์ประจุที่หดตัวลง เนื่องจากมีสารเจือปนที่เปิดเผยน้อยลงเมื่อไบแอสไปข้างหน้าเพิ่มขึ้น

การเติมสารเจือปนลงในผลึกที่ดีของสารกึ่งตัวนำจะทำให้เกิดสถานะพลังงานที่อนุญาตภายในช่องว่างแถบพลังงานแต่ใกล้กับแถบพลังงานที่สอดคล้องกับชนิดของสารเจือปน กล่าวคือ สารเจือปน ที่เป็นผู้ให้电子จะสร้างสถานะใกล้กับแถบนำไฟฟ้าในขณะที่ สารเจือปน ที่เป็นผู้รับ电子จะสร้างสถานะใกล้กับแถบวาเลนซ์ ช่องว่างระหว่างสถานะพลังงานเหล่านี้กับแถบพลังงานที่ใกล้ที่สุดมักเรียกว่าพลังงานพันธะ ของตำแหน่งสารเจือปน หรือEB และมี ค่าค่อนข้างเล็ก ตัวอย่างเช่นEBสำหรับโบรอนใน ซิลิคอนแบบก้อนมีค่า 0.045 eV เมื่อเทียบกับช่องว่างแถบพลังงานของซิลิคอนที่มี ค่าประมาณ 1.12 eV เนื่องจากEBมีค่าน้อยมาก อุณหภูมิห้องจึงร้อนพอที่จะ ทำให้โมเลกุลของสารเจือปนเกือบทั้งหมด แตกตัวเป็นไอออนด้วยความร้อนและสร้างตัวนำประจุ อิสระ ในแถบนำไฟฟ้าหรือแถบวาเลนซ์

สารเจือปนยังมีผลสำคัญในการเลื่อนแถบพลังงานเมื่อเทียบกับระดับเฟอร์มิแถบพลังงานที่สอดคล้องกับสารเจือปนที่มีความเข้มข้นสูงสุดจะอยู่ใกล้กับระดับเฟอร์มิมากขึ้น เนื่องจากระดับเฟอร์มิจะต้องคงที่ในระบบที่อยู่ในสมดุลทางอุณหพลศาสตร์การซ้อนชั้นของวัสดุที่มีคุณสมบัติแตกต่างกันจึงนำไปสู่คุณสมบัติทางไฟฟ้าที่มีประโยชน์มากมายที่เกิดจากการโค้งงอของแถบพลังงานหากสามารถสร้างส่วนต่อประสานได้อย่างสะอาดเพียงพอ ตัวอย่างเช่น คุณสมบัติของ รอยต่อ pnเกิดจากการโค้งงอของแถบพลังงานที่เกิดขึ้นอันเป็นผลมาจากความจำเป็นในการจัดเรียงแถบพลังงานในบริเวณที่สัมผัสกันของวัสดุชนิด p และชนิด n ผลกระทบนี้แสดงให้เห็นในแผนภาพแถบพลังงานแผนภาพแถบพลังงานโดยทั่วไปจะแสดงการเปลี่ยนแปลงของขอบแถบวาเลนซ์และแถบนำไฟฟ้าเทียบกับมิติเชิงพื้นที่บางอย่าง ซึ่งมักจะแสดงด้วยxระดับเฟอร์มิก็มักจะแสดงอยู่ในแผนภาพด้วย บางครั้ง อาจแสดง ระดับเฟอร์มิที่แท้จริงE <sub> i </sub> ซึ่งเป็นระดับเฟอร์มิในกรณีที่ไม่มีการเจือปน แผนภาพเหล่านี้มีประโยชน์ในการอธิบายการทำงานของอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์หลาย ชนิด

ความสัมพันธ์กับความเข้มข้นของตัวนำ (การเจือปนต่ำ)

สำหรับการเจือปนในระดับต่ำ สถานะพลังงานที่เกี่ยวข้องจะมีอิเล็กตรอน (แถบนำไฟฟ้า) หรือโฮล (แถบวาเลนซ์) อยู่กระจัดกระจาย สามารถเขียนนิพจน์ง่ายๆ สำหรับความเข้มข้นของตัวนำอิเล็กตรอนและโฮลได้ โดยไม่คำนึงถึงการกีดกันของเปาลี (ผ่านสถิติของแม็กซ์เวลล์-โบลต์ซมันน์ ):

โดยที่E Fคือระดับเฟอร์มิ E C คือพลังงานต่ำสุดของแถบนำไฟฟ้า และ E Vคือพลังงานสูงสุดของแถบวาเลนซ์ สิ่งเหล่านี้เกี่ยวข้องกับค่าความเข้มข้นที่แท้จริงผ่านทาง[ 7 ]

เป็นนิพจน์ที่ไม่ขึ้นอยู่กับระดับการเจือปน เนื่องจากE CE V ( ช่องว่างพลังงาน ) ไม่เปลี่ยนแปลงตามการเจือปน

ปัจจัยความเข้มข้นN C ( T )และN V ( T )กำหนดโดย

โดยที่m e *และm h *คือมวลยังผลของความหนาแน่นสถานะของอิเล็กตรอนและโฮลตามลำดับ ซึ่งเป็นปริมาณที่คงที่โดยประมาณตลอดช่วงอุณหภูมิ[ 7 ]

เทคนิคการเติมสารและการสังเคราะห์

การเติมสารเจือปนระหว่างการเจริญเติบโตของผลึก

มีการเติมสารเจือปนบางชนิด ในขณะที่ ปลูกผลึก( โดยปกติ คือซิลิคอน ) ด้วย วิธี Czochralskiทำให้เวเฟอร์ แต่ละแผ่น มีการเจือปนเริ่มต้นที่เกือบสม่ำเสมอ[ 8 ]

อีกทางเลือกหนึ่ง การสังเคราะห์อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์อาจเกี่ยวข้องกับการใช้เอพิแท็กซีเฟสไอในเอพิแท็กซีเฟสไอ สามารถนำก๊าซที่มีสารตั้งต้นของสารเจือปนเข้าไปในเครื่องปฏิกรณ์ได้ ตัวอย่างเช่น ในกรณีของการเจือปนก๊าซชนิด n ของ แกลเลียมอาร์เซไนด์ จะมีการเติม ไฮโดรเจนซัลไฟด์และกำมะถันจะถูกรวมเข้าไปในโครงสร้าง[ 9 ]กระบวนการนี้มีลักษณะเฉพาะคือความเข้มข้นของกำมะถันบนพื้นผิวคงที่[ 10 ]ในกรณีของเซมิคอนดักเตอร์โดยทั่วไป จำเป็นต้องเจือปนเพียงชั้นบางๆ ของเวเฟอร์เท่านั้นเพื่อให้ได้คุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ที่ต้องการ[ 11 ]

การใช้สารกระตุ้นหลังการเจริญเติบโต

เพื่อกำหนดองค์ประกอบวงจร พื้นที่ที่เลือก — ซึ่งโดยทั่วไปควบคุมโดยโฟโตลิโทกราฟี[ 12 ] — จะถูกเติมสารเจือปนเพิ่มเติมด้วยกระบวนการต่างๆ เช่น การเติมสารเจือปน โดยการแพร่ ความร้อน (การแพร่ในเตาเผาท่อ) [ 13 ]และการฝังไอออนซึ่งวิธีหลังนี้เป็นที่นิยมมากกว่าในการผลิตวงจรรวมจำนวนมากเนื่องจากสามารถควบคุมได้มากขึ้น[ 14 ]

การโดปแบบแพร่กระจายความร้อน หรือเรียกง่ายๆ ว่าการแพร่กระจาย ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในเซลล์แสงอาทิตย์ซิลิคอน[ 15 ]และใช้สารเคมี เช่นโบรอนไตรโบรไมด์หรือไดโบเรน[ 16 ]เป็นแหล่งสำหรับการโดปด้วยโบรอน[ 17 ] [ 18 ]ด้วยกระบวนการแพร่กระจาย แผ่นเวเฟอร์จะถูกวางไว้ในเตาเผาท่อควอตซ์ โดยใช้ตัวยึดควอตซ์ที่เรียกว่าเรือ[ 19 ]ที่อุณหภูมิ 1200 °C ซึ่งสารประกอบเคมีที่มีสารโดป เช่น โบรอนไตรโบรไมด์สำหรับการโดปด้วยโบรอนเพื่อสร้างบริเวณเซมิคอนดักเตอร์ชนิด p หรือฟอสฟอริลคลอไรด์เพื่อสร้างบริเวณชนิด n [ 20 ] [ 21 ]ถูกนำเข้าไปในเตาเผา ขั้นตอนนี้จะสร้างชั้นของสารโดปบนพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์ และขั้นตอนนี้เรียกว่าการวางล่วงหน้า จากนั้นจะดำเนินการขั้นตอนที่สองที่เรียกว่า drive-in โดยให้ความร้อนแก่เวเฟอร์ที่อุณหภูมิสูงขึ้น 1300 °C เพื่อนำสารเจือปนเข้าไปในโครงสร้างของเวเฟอร์[ 22 ]การแพร่กระจายสามารถใช้แหล่งของแข็ง ของเหลว หรือก๊าซที่มีอะตอมของสารเจือปน เช่นโบรอนไนไตรด์ แข็ง สำหรับโบรอนอาร์เซนิกไตรออกไซด์สำหรับอาร์เซนิกอาร์เซนิกไตรคลอไรด์ เหลว อาร์ซีนหรือฟอสฟีนในรูปก๊าซ หากใช้แหล่งก๊าซ จะต้องนำก๊าซนั้นไปยังเตาเผาโดยใช้ก๊าซพาหะ เช่น ไนโตรเจน จากนั้นปล่อยให้สลายตัวบนพื้นผิวที่ร้อนของเวเฟอร์ ทำให้เกิดการตกตะกอนของสารเจือปนที่ต้องการ เช่น อาร์เซนิก เป็นต้น หากใช้แหล่งของเหลว ไอระเหยของของเหลวนั้นจะถูกนำไปยังเตาเผาโดยใช้ไนโตรเจน[ 16 ] [ 23 ] [ 19 ]เตาเผาอาจเป็นแนวนอนหรือแนวตั้งก็ได้[ 24 ]

กระจกแบบหมุน

การเคลือบกระจกแบบหมุนหรือการเติมสารเจือปนแบบหมุนเป็นกระบวนการสองขั้นตอน ขั้นแรก ส่วนผสมของ SiO2 และสารเจือปน (ในตัวทำละลาย) จะถูกนำไปใช้กับพื้นผิวเวเฟอร์โดยการเคลือบแบบหมุนจากนั้นจึงลอกออกและอบที่อุณหภูมิที่กำหนดในเตาเผาที่มีการไหลของไนโตรเจนและออกซิเจนอย่างต่อเนื่อง[ 25 ]

การโดปด้วยการเปลี่ยนนิวตรอน

การเติมสารเจือปนด้วยการเปลี่ยนรูป นิวตรอน (Neutron Transmutation Doping หรือ NTD) เป็นวิธีการเติมสารเจือปนที่แปลกใหม่สำหรับงานเฉพาะด้าน โดยส่วนใหญ่จะใช้ในการเติมสารเจือปนซิลิคอนชนิด n ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังสูงและตัวตรวจจับสารกึ่งตัวนำ วิธีนี้อาศัยการเปลี่ยนไอโซโทป Si-30 ไปเป็น อะตอม ฟอสฟอรัสโดยการดูดซับนิวตรอน ดังนี้:

ในทางปฏิบัติ โดยทั่วไปแล้วซิลิคอนจะถูกวางไว้ใกล้กับเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เพื่อรับนิวตรอน เมื่อนิวตรอนผ่านซิลิคอนไปเรื่อยๆ อะตอมของฟอสฟอรัสก็จะถูกสร้างขึ้นมากขึ้นเรื่อยๆ โดยการเปลี่ยนแปลงทางเคมี ดังนั้นการโดปจึงกลายเป็นแบบ n-type มากขึ้นเรื่อยๆ NTD เป็นวิธีการโดปที่พบได้น้อยกว่าการแพร่กระจายหรือการฝังไอออน แต่มีข้อดีคือสามารถสร้างการกระจายตัวของสารโดปที่สม่ำเสมออย่างมาก[ 26 ] [ 27 ]

ธาตุเจือปน

สารกึ่งตัวนำกลุ่ม IV

(หมายเหตุ: ในการกล่าวถึงหมู่ในตารางธาตุนักฟิสิกส์ด้านสารกึ่งตัวนำมักใช้สัญลักษณ์แบบเก่า ไม่ใช่ สัญลักษณ์หมู่ตามระบบ IUPAC ในปัจจุบัน ตัวอย่างเช่นหมู่คาร์บอนเรียกว่า "หมู่ 4" ไม่ใช่ "หมู่ 14")

สำหรับ สารกึ่งตัวนำ หมู่ IVเช่นเพชรซิลิคอนเจอร์มาเนียมซิลิคอนคาร์ไบด์และซิลิคอน-เจอร์มาเนียมสารเจือปนที่ใช้กันทั่วไปคือตัวรับจากหมู่ IIIหรือตัวให้จากธาตุหมู่ V โบรอนอาร์เซนิกฟอสฟอรัสและบางครั้งก็แกลเลียมถูกนำมาใช้เจือปนซิลิคอน โบรอนเป็นสารเจือปนชนิด pที่นิยมใช้ในการผลิตวงจรรวมซิลิคอน เนื่องจากมีการแพร่กระจายในอัตราที่ทำให้สามารถควบคุมความลึกของรอยต่อได้ง่าย ฟอสฟอรัสโดยทั่วไปใช้สำหรับการเจือปนแบบรวมในแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอน ในขณะที่อาร์เซนิกใช้สำหรับการแพร่กระจายในรอยต่อ เนื่องจากมีการแพร่กระจายช้ากว่าฟอสฟอรัส จึงควบคุมได้ง่ายกว่า

การเติม ธาตุ หมู่ 5เช่น ฟอสฟอรัส ลงในซิลิคอนบริสุทธิ์ จะทำให้มี อิเล็กตรอนวาเลนซ์เพิ่มขึ้น ซึ่งจะหลุดออกจากอะตอมแต่ละตัวและทำให้สารประกอบนั้นเป็นสารกึ่งตัวนำชนิด n ที่นำไฟฟ้าได้ ส่วน การเติม ธาตุ หมู่ 3ซึ่งขาดอิเล็กตรอนวาเลนซ์ตัวที่สี่ จะทำให้เกิด "พันธะที่ขาดหาย" (รู) ในโครงสร้างผลึกซิลิคอน ซึ่งสามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ ส่งผลให้ได้สารกึ่งตัวนำชนิด p ที่นำไฟฟ้าได้ ในบริบทนี้ ธาตุ หมู่ 5จะทำหน้าที่เป็นผู้ให้ อิเล็กตรอน และ ธาตุ หมู่ 3 จะทำหน้าที่ เป็นผู้รับ อิเล็กตรอน นี่เป็นแนวคิดสำคัญในฟิสิกส์ของได โอด

สารกึ่งตัวนำที่มีการเจือปนอย่างมากจะมีพฤติกรรมคล้ายกับตัวนำที่ดี (โลหะ) และแสดงค่าสัมประสิทธิ์ความร้อนบวกเชิงเส้นมากขึ้น ผลกระทบดังกล่าวถูกนำไปใช้ในตัวอย่างเช่นเซนเซอร์[ 28 ] ปริมาณการเจือปนที่ต่ำกว่าจะถูกใช้ในเทอร์มิสเตอร์ประเภท อื่น (NTC หรือ PTC)

สารเจือปนซิลิคอน

  • ตัวรับแบบ p-type
    • โบรอนเป็นสารเจือปนชนิด p-type อัตรา การแพร่กระจายของมันช่วยให้ควบคุมความลึกของรอยต่อได้ง่าย นิยมใช้ใน เทคโนโลยี CMOSสามารถเติมได้โดยการแพร่กระจายของ ก๊าซ ไดโบเรน เป็นตัวรับเพียงชนิดเดียวที่มีความสามารถในการละลายเพียงพอสำหรับตัวปล่อยที่มีประสิทธิภาพในทรานซิสเตอร์และแอปพลิเคชันอื่นๆ ที่ต้องการความเข้มข้นของสารเจือปนสูงมาก โบรอนแพร่กระจายได้เร็วพอๆ กับฟอสฟอรัส
    • อะลูมิเนียมใช้สำหรับการแพร่กระจาย p ลึก ไม่เป็นที่นิยมใน VLSI และ ULSI นอกจากนี้ยังเป็นสิ่งเจือปนที่ไม่ตั้งใจทั่วไปอีกด้วย[ 29 ]
    • แกลเลียม เป็นสารเจือที่ใช้สำหรับตัวตรวจจับซิลิคอนโฟโตคอนดักชันอินฟราเรดคลื่นยาวในช่วงบรรยากาศ 8–14 μm [ 30 ]ซิลิคอนที่เจือด้วยแกลเลียมยังมีแนวโน้มที่ดีสำหรับเซลล์แสงอาทิตย์ เนื่องจากมีอายุการใช้งานของตัวพาประจุส่วนน้อยที่ยาวนานโดยไม่มีการเสื่อมสภาพของอายุการใช้งาน ดังนั้นจึงมีความสำคัญมากขึ้นในการทดแทนพื้นผิวที่เจือด้วยโบรอนสำหรับการใช้งานเซลล์แสงอาทิตย์[ 29 ]
    • อินเดียมเป็นสารเจือปนที่ใช้สำหรับตัวตรวจจับซิลิคอนโฟโตคอนดักชันอินฟราเรดความยาวคลื่นยาวในช่วงบรรยากาศ 3–5 μm [ 30 ]
  • ผู้บริจาคชนิด n
    • ฟอสฟอรัสเป็นสารเจือปนชนิด n-typeมันแพร่กระจายได้อย่างรวดเร็ว จึงมักใช้สำหรับการเจือปนในปริมาณมาก หรือสำหรับการสร้างบ่อศักย์ ใช้ในเซลล์แสงอาทิตย์ สามารถเติมได้โดยการแพร่กระจายของ ก๊าซ ฟอสฟีนการเจือปนในปริมาณมากสามารถทำได้โดยการเปลี่ยนสภาพนิวเคลียร์โดยการฉายรังสีนิวตรอนไปยังซิลิคอน บริสุทธิ์ ในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟอสฟอรัสยังดักจับอะตอมของทองคำ ซึ่งมิเช่นนั้นจะแพร่กระจายผ่านซิลิคอนอย่างรวดเร็วและทำหน้าที่เป็นศูนย์กลางการรวมตัวใหม่
    • สารหนูเป็นสารเจือปนชนิด n การแพร่ที่ช้ากว่าทำให้สามารถใช้สำหรับจุดเชื่อมต่อแบบแพร่ ใช้สำหรับชั้นฝัง มีรัศมีอะตอม คล้าย กับซิลิคอน จึงสามารถสร้างความเข้มข้นสูงได้ การแพร่ของมันมีค่าประมาณหนึ่งในสิบของฟอสฟอรัสหรือโบรอน ดังนั้นจึงใช้ในกรณีที่สารเจือปนควรคงอยู่ในตำแหน่งเดิมระหว่างการประมวลผลความร้อนในภายหลัง มีประโยชน์สำหรับการแพร่แบบตื้นๆ ที่ต้องการขอบเขตที่คมชัดและควบคุมได้ดี เป็นสารเจือปนที่นิยมใช้ในวงจร VLSI และเป็นสารเจือปนที่นิยมใช้ในช่วงความต้านทานต่ำ[ 29 ]
    • แอนติโมนีเป็นสารเจือปนชนิด n มีค่าสัมประสิทธิ์การแพร่กระจายต่ำ ใช้สำหรับชั้นฝังตัว มีการแพร่กระจายคล้ายกับสารหนู จึงใช้เป็นทางเลือกแทน การแพร่กระจายของแอนติโมนีแทบจะเป็นการแทนที่อย่างสมบูรณ์ โดยไม่มีการแทรกตัว ดังนั้นจึงปราศจากผลกระทบที่ผิดปกติ ด้วยคุณสมบัติที่เหนือกว่านี้ บางครั้งจึงใช้ใน VLSI แทนสารหนู การเจือปนแอนติโมนีในปริมาณมากมีความสำคัญต่ออุปกรณ์ไฟฟ้า ซิลิคอนที่เจือปนแอนติโมนีในปริมาณมากมีความเข้มข้นของสิ่งเจือปนออกซิเจนต่ำกว่า ผลกระทบจากการเจือปนอัตโนมัติน้อยที่สุดทำให้เหมาะสำหรับพื้นผิวเอพิแทกเซียล[ 29 ]
    • บิสมัทเป็นสารเจือปนที่มีศักยภาพสำหรับตัวตรวจจับซิลิคอนโฟโตคอนดักชันอินฟราเรดคลื่นยาว ซึ่งเป็นทางเลือกประเภท n ที่ใช้แทนวัสดุเจือปนแกลเลียมประเภท p ได้[ 31 ]
    • ลิเธียมใช้สำหรับเติมสารเจือปนในซิลิคอนสำหรับ เซลล์แสงอาทิตย์ ที่ทนต่อรังสี การมีอยู่ของลิเธียมจะช่วยซ่อมแซมข้อบกพร่องในโครงสร้างผลึกที่เกิดจากโปรตอนและนิวตรอน[ 32 ]สามารถนำลิเธียมมาเติมในซิลิคอน p+ ที่เจือปนด้วยโบรอนได้ ในปริมาณที่น้อยพอที่จะรักษาคุณสมบัติ p ของวัสดุ หรือในปริมาณที่มากพอที่จะเติมสารเจือปนย้อนกลับให้เป็นชนิด n ที่มีความต้านทานต่ำ[ 33 ]
  • อื่น
    • เจอร์มาเนียมสามารถใช้สำหรับ การปรับแต่ง ช่องว่างแถบพลังงานได้ ชั้นเจอร์มาเนียมยังช่วยยับยั้งการแพร่กระจายของโบรอนในระหว่างขั้นตอนการอบอ่อน ทำให้สามารถสร้างรอยต่อ p-MOSFET ที่ตื้นมากได้[ 34 ]การเติมเจอร์มาเนียมในปริมาณมากช่วยยับยั้งข้อบกพร่องของช่องว่างขนาดใหญ่ เพิ่มการดักจับ ภายใน และปรับปรุงความแข็งแรงเชิงกลของเวเฟอร์[ 29 ]
    • ซิลิคอน เจอร์มาเนียมและซีนอนสามารถใช้เป็นลำแสงไอออนสำหรับการปรับสภาพพื้นผิวเวเฟอร์ซิลิคอนให้เป็นอสัณฐานเบื้องต้นได้ การก่อตัวของชั้นอสัณฐานใต้พื้นผิวช่วยให้สามารถสร้างรอยต่อตื้นพิเศษสำหรับ p-MOSFET ได้
    • ไนโตรเจนมีความสำคัญต่อการปลูกผลึกซิลิคอนที่ปราศจากข้อบกพร่อง ช่วยเพิ่มความแข็งแรงเชิงกลของแลตทิซ เพิ่มการสร้างไมโครดีเฟกต์จำนวนมาก และยับยั้งการรวมตัวของช่องว่าง[ 29 ]
    • ทองคำและแพลทินัมถูกนำมาใช้ใน การควบคุม อายุการใช้งานของพาหะ ส่วนน้อย โดยถูกนำไปใช้ในงานตรวจจับอินฟราเรดบางประเภท ทองคำมีระดับผู้ให้ (donor level) อยู่ที่ 0.35 eV เหนือแถบวาเลนซ์ (valence band) และระดับผู้รับ (acceptor level) อยู่ที่ 0.54 eV ใต้แถบนำไฟฟ้า (conduction band) ส่วนแพลทินัมก็มีระดับผู้ให้ที่ 0.35 eV เหนือแถบวาเลนซ์เช่นกัน แต่ระดับผู้รับของมันอยู่ต่ำกว่าแถบนำไฟฟ้าเพียง 0.26 eV เท่านั้น เนื่องจากระดับผู้รับในซิลิคอนชนิด n นั้นตื้นกว่า อัตราการเกิด ประจุในพื้นที่จึงต่ำกว่า และดังนั้นกระแสรั่วไหลจึงต่ำกว่าการเจือด้วยทองคำ ที่ระดับการฉีดสูง แพลทินัมจะทำงานได้ดีกว่าในการลดอายุการใช้งาน การฟื้นตัวย้อนกลับของอุปกรณ์ไบโพลาร์ขึ้นอยู่กับอายุการใช้งานระดับต่ำมากกว่า และการลดอายุการใช้งานนั้นทำได้ดีกว่าโดยทองคำ ทองคำให้ความสมดุลที่ดีระหว่างแรงดันตกคร่อมไปข้างหน้าและเวลาการฟื้นตัวย้อนกลับสำหรับอุปกรณ์ไบโพลาร์ที่สลับเร็ว ซึ่งต้องลดประจุที่เก็บไว้ในบริเวณฐานและตัวเก็บประจุให้น้อยที่สุด ในทางกลับกัน ในทรานซิสเตอร์กำลังจำนวนมาก จำเป็นต้องมีอายุการใช้งานของตัวพาประจุส่วนน้อยที่ยาวนานเพื่อให้ได้อัตราขยายที่ดี และต้องรักษาปริมาณสิ่งเจือปนของทองคำ/แพลทินัมให้ต่ำ[ 35 ]

สารกึ่งตัวนำอื่นๆ

ในรายการต่อไปนี้ "(แทนที่ X)" หมายถึงวัสดุทั้งหมดที่อยู่ก่อนวงเล็บดังกล่าว[ 36 ]

  • แกลเลียมอาร์เซไนด์
    • ชนิดเอ็น: เทลลูเรียม, ซัลเฟอร์ (แทนที่ As); ดีบุก, ซิลิคอน, เจอร์มาเนียม (แทนที่ Ga)
    • ชนิด p: เบริลเลียม สังกะสี โครเมียม (แทนที่แกลเลียม); ซิลิคอน เจอร์มาเนียม คาร์บอน (แทนที่สารหนู)
  • แกลเลียมฟอสไฟด์
    • ชนิดเอ็น: เทลลูเรียม ซีลีเนียม ซัลเฟอร์ (แทนที่ฟอสฟอรัส)
    • ชนิด p: สังกะสี, แมกนีเซียม (แทนที่แกลเลียม); ดีบุก (แทนที่ฟอสฟอรัส)
    • ไอโซอิเล็กทริก: เติมไนโตรเจน (แทนที่ฟอสฟอรัส) เพื่อให้เกิดการเปล่งแสงในLED สีเขียวรุ่นเก่า (GaP มีช่องว่างแถบพลังงานแบบไม่ตรง )
  • แกลเลียมไนไตรด์ , อินเดียมแกลเลียมไนไตรด์ , อะลูมิเนียมแกลเลียมไนไตรด์
    • ชนิด n: ซิลิคอน (แทนที่แกลเลียม), เจอร์มาเนียม (แทนที่แกลเลียม มีโครงสร้างแลตติสที่เข้ากันได้ดีกว่า), คาร์บอน (แทนที่แกลเลียม ฝังตัวตามธรรมชาติใน ชั้นที่ปลูกด้วยวิธี MOVPEในความเข้มข้นต่ำ)
    • ชนิด p: แมกนีเซียม (แทนที่แกลเลียม) - เป็นเรื่องท้าทายเนื่องจากพลังงานไอออนไนเซชัน ค่อนข้างสูง เหนือ ขอบ แถบวาเลนซ์การแพร่กระจายของแมกนีเซียม แทรกซึม อย่างรุนแรงสารประกอบไฮโดรเจนทำให้ตัวรับแมกนีเซียมไม่ทำงาน และการชดเชยตัวเองของแมกนีเซียมที่ความเข้มข้นสูงขึ้น
  • แคดเมียมเทลลูไรด์
    • ชนิด n: อินเดียม, อะลูมิเนียม (แทนที่แคดเมียม); คลอรีน (แทนที่เทลลูเรียม)
    • ชนิด p: ฟอสฟอรัส (แทนที่เทลลูเรียม); ลิเธียม, โซเดียม (แทนที่แคดเมียม)
  • แคดเมียมซัลไฟด์
    • ชนิด n: แกลเลียม (แทนที่แคดเมียม); ไอโอดีน, ฟลูออรีน (แทนที่กำมะลัก)
    • ชนิด p: ลิเธียม, โซเดียม (แทนที่แคดเมียม)

ค่าตอบแทน

ในกรณีส่วนใหญ่ สารกึ่งตัวนำที่ผ่านการโดปจะมีสิ่งเจือปนหลายชนิดอยู่ หากมีจำนวนผู้ให้และผู้รับอิเล็กตรอนเท่ากันในสารกึ่งตัวนำ อิเล็กตรอนแกนกลางส่วนเกินที่ได้จากผู้ให้จะถูกนำไปใช้เพื่อเติมเต็มพันธะที่แตกหักเนื่องจากผู้รับ ดังนั้นการโดปจึงไม่ก่อให้เกิดตัวนำอิสระทั้งสองชนิด ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการชดเชยและเกิดขึ้นที่รอยต่อ pnในอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำส่วนใหญ่

การชดเชยบางส่วน ซึ่งผู้บริจาคมีจำนวนมากกว่าผู้รับหรือในทางกลับกัน ช่วยให้ผู้ผลิตอุปกรณ์สามารถกลับด้าน (พลิกกลับ) ประเภทของชั้นใดชั้นหนึ่งใต้พื้นผิวของสารกึ่งตัวนำจำนวนมากได้ซ้ำ ๆ โดยการแพร่กระจายหรือการฝังสารเจือปนในปริมาณที่สูงขึ้นเรื่อย ๆ ซึ่งเรียกว่าการเจือปนแบบย้อนกลับอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำสมัยใหม่ส่วนใหญ่ทำขึ้นโดยขั้นตอนการเจือปนแบบย้อนกลับที่เลือกได้ต่อเนื่องกันเพื่อสร้างพื้นที่ประเภท P และ N ที่จำเป็นใต้พื้นผิวของซิลิคอนจำนวนมาก[ 37 ]นี่เป็นทางเลือกอื่นนอกเหนือจากการปลูกชั้นดังกล่าวอย่างต่อเนื่องโดยวิธีเอพิแทกซี

แม้ว่าการชดเชยจะสามารถใช้เพื่อเพิ่มหรือลดจำนวนผู้ให้หรือผู้รับได้ แต่การเคลื่อนที่ของ อิเล็กตรอนและโฮล จะลดลงเสมอเมื่อมีการชดเชย เนื่องจากความคล่องตัวได้รับผลกระทบจากผลรวมของไอออนผู้ให้และผู้รับ

การเติมสารเจือปนในโพลิเมอร์นำไฟฟ้า

พอลิเมอร์นำไฟฟ้าสามารถเติมสารเจือปนได้โดยการเติมสารเคมีเพื่อทำปฏิกิริยาออกซิเดชันหรือบางครั้งก็รีดักชัน เพื่อให้อิเล็กตรอนถูกผลักเข้าไปในวงโคจร นำไฟฟ้า ภายในระบบที่มีศักยภาพในการนำไฟฟ้าอยู่แล้ว มีวิธีการเติมสารเจือปนในพอลิเมอร์นำไฟฟ้าหลักๆ สองวิธี ซึ่งทั้งสองวิธีใช้กระบวนการออกซิเดชัน-รีดักชัน (เช่นปฏิกิริยารีดอกซ์ )

  1. การโดปทางเคมีเกี่ยวข้องกับการนำพอลิเมอร์ เช่นเมลานินซึ่งโดยทั่วไปอยู่ในรูปฟิล์มบางๆไปสัมผัสกับสารออกซิไดซ์เช่นไอโอดีนหรือโบรมีนหรืออีกทางเลือกหนึ่งคือการนำพอลิเมอร์ไปสัมผัสกับสารรีดิวซ์วิธีนี้พบได้น้อยกว่ามาก และโดยทั่วไปมักใช้โลหะอัลคาไล
  2. การโดปด้วยไฟฟ้าเคมี เกี่ยวข้องกับการแขวน ขั้วไฟฟ้าทำงานที่เคลือบ ด้วยพอลิเมอร์ ไว้ใน สารละลาย อิเล็กโทรไลต์ที่พอลิเมอร์ไม่ละลายพร้อมกับขั้วไฟฟ้าเคาน์เตอร์และขั้วไฟฟ้าอ้างอิงแยกต่างหากความแตกต่างของศักย์ ไฟฟ้า จะเกิดขึ้นระหว่างขั้วไฟฟ้า ทำให้เกิดประจุและไอออน เคาน์เตอร์ที่เหมาะสม จากอิ เล็ก โทรไลต์เข้าสู่พอลิเมอร์ในรูปแบบของการเพิ่มอิเล็กตรอน (เช่น การโดปแบบ n) หรือการกำจัดอิเล็กตรอน (เช่น การโดปแบบ p)

การเติมไนโตรเจน (N-doping) นั้นพบได้น้อยกว่ามาก เนื่องจากชั้นบรรยากาศของโลกมีออกซิเจนสูง ทำให้เกิด สภาพแวดล้อม ที่เป็นออกซิไดซ์โพลิเมอร์ที่เติมไนโตรเจนซึ่งมีอิเล็กตรอนมากจะทำปฏิกิริยากับออกซิเจนธาตุทันที ทำให้เกิดการดีโดป (กล่าวคือ กลับเป็นสถานะเป็นกลาง) ดังนั้น การเติมไนโตรเจนทางเคมีจึงต้องทำในสภาพแวดล้อมของก๊าซเฉื่อย (เช่นอาร์กอน ) การเติมไนโตรเจนทางไฟฟ้าเคมีนั้นพบได้บ่อยกว่ามากในการวิจัย เพราะง่ายกว่าที่จะแยกออกซิเจนออกจากตัวทำละลายในขวด ปิดผนึก อย่างไรก็ตาม เป็นไปได้ยากที่โพลิเมอร์นำไฟฟ้าที่เติมไนโตรเจนจะวางจำหน่ายในเชิงพาณิชย์

การเติมสารเจือปนในสารกึ่งตัวนำโมเลกุลอินทรีย์

สารเจือปนระดับโมเลกุลเป็นที่นิยมในการเจือปนสารกึ่งตัวนำระดับโมเลกุลเนื่องจากความเข้ากันได้ในการประมวลผลกับสารตั้งต้น กล่าวคือ อุณหภูมิการระเหยที่คล้ายคลึงกันหรือความสามารถในการละลายที่ควบคุมได้[ 38 ]นอกจากนี้ ขนาดที่ค่อนข้างใหญ่ของสารเจือปนระดับโมเลกุลเมื่อเทียบกับสารเจือปนไอออนโลหะ (เช่น Li +และ Mo 6+ ) โดยทั่วไปแล้วเป็นประโยชน์ ทำให้เกิดการกักเก็บเชิงพื้นที่ที่ดีเยี่ยมสำหรับการใช้งานในโครงสร้างหลายชั้น เช่นOLEDและเซลล์แสงอาทิตย์อินทรีย์สารเจือปนชนิด p ทั่วไป ได้แก่ F4-TCNQ [ 39 ]และ Mo(tfd) 3 [ 40 ]อย่างไรก็ตาม เช่นเดียวกับปัญหาที่พบในการเจือปนโพลิเมอร์นำไฟฟ้า สารเจือปนชนิด n ที่เสถียรในอากาศซึ่งเหมาะสมสำหรับวัสดุที่มีความสัมพันธ์กับอิเล็กตรอน ต่ำ (EA) ยังคงหายาก เมื่อ เร็วๆ นี้ การกระตุ้นด้วยแสงร่วมกับสารเจือปนไดเมอร์ที่แตกตัวได้ เช่น [RuCp Mes] 2ชี้ให้เห็นถึงแนวทางใหม่ในการทำให้เกิดการเจือปนชนิด n ที่มีประสิทธิภาพในวัสดุที่มี EA ต่ำ[ 38 ]

การเติมสารแม่เหล็ก

การวิจัยเกี่ยวกับการโดปด้วยแม่เหล็กแสดงให้เห็นว่าการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญของคุณสมบัติบางอย่าง เช่น ความร้อนจำเพาะ อาจได้รับผลกระทบจากความเข้มข้นเล็กน้อยของสิ่งเจือปน ตัวอย่างเช่น สิ่งเจือปนในโลหะผสมเฟอร์โรแมก เนติกที่เป็นสารกึ่งตัวนำ สามารถสร้างคุณสมบัติที่แตกต่างกันได้ ดังที่ White, Hogan, Suhl และ Nakamura ได้ทำนายไว้เป็นครั้งแรก[ 41 ] [ 42 ] การรวมธาตุโดปเพื่อให้เกิดแม่เหล็กเจือจางมีความสำคัญเพิ่มมากขึ้นในสาขาสารกึ่งตัวนำแม่เหล็กการมีอยู่ของสปีชีส์เฟอร์โรแมกเนติกแบบกระจายตัวเป็นกุญแจสำคัญต่อการทำงานของสปินโทรนิกส์ ที่กำลังเกิดขึ้น ซึ่งเป็นระบบประเภทหนึ่งที่ใช้สปินของอิเล็กตรอนนอกเหนือจากประจุ การใช้ทฤษฎีฟังก์ชันความหนาแน่น (DFT) สามารถสร้างแบบจำลองพฤติกรรมแม่เหล็กที่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของสารโดปภายในแลตติซที่กำหนดเพื่อระบุระบบสารกึ่งตัวนำที่เป็นไปได้[ 43 ]

สารเจือปนเดี่ยวในสารกึ่งตัวนำ

การพึ่งพาอย่างละเอียดอ่อนของคุณสมบัติของสารกึ่งตัวนำต่อสารเจือปนได้มอบปรากฏการณ์ที่ปรับแต่งได้หลากหลายให้สำรวจและนำไปใช้กับอุปกรณ์ต่างๆ เป็นไปได้ที่จะระบุผลกระทบของสารเจือปนเดี่ยวต่อประสิทธิภาพของอุปกรณ์เชิงพาณิชย์ เช่นเดียวกับคุณสมบัติพื้นฐานของวัสดุสารกึ่งตัวนำ การใช้งานใหม่ๆ ได้เกิดขึ้นซึ่งต้องการลักษณะเฉพาะของสารเจือปนเดี่ยว เช่น อุปกรณ์สปินเดี่ยวในด้านข้อมูลควอนตัมหรือทรานซิสเตอร์สารเจือปนเดี่ยว ความก้าวหน้าอย่างมากในช่วงทศวรรษที่ผ่านมาในการสังเกต การสร้างและการจัดการสารเจือปนเดี่ยวอย่างควบคุมได้ ตลอดจนการประยุกต์ใช้ในอุปกรณ์ใหม่ๆ ได้เปิดสาขาใหม่ของโซโลโทรนิกส์ (ออปโตอิเล็กทรอนิกส์สาร เจือปนเดี่ยว ) [ 44 ]

การโดปแบบปรับเปลี่ยน

อิเล็กตรอนหรือโฮลที่เกิดขึ้นจากการเจือปนนั้นสามารถเคลื่อนที่ได้ และสามารถแยกตัวออกจากอะตอมของสารเจือปนที่พวกมันแยกตัวออกมาได้ อย่างไรก็ตาม สารให้และรับอิเล็กตรอนที่แตกตัวเป็นไอออนจะดึงดูดอิเล็กตรอนและโฮลตามลำดับ ดังนั้นการแยกตัวในเชิงพื้นที่นี้จึงต้องอาศัยการเปลี่ยนแปลงอย่างฉับพลันของระดับพลังงานของสารเจือปน ช่องว่างพลังงาน (เช่นบ่อควอนตัม ) หรือสนามไฟฟ้าภายใน (เช่น ในกรณีของ ผลึก ที่ไม่สมมาตร ) เทคนิคนี้เรียกว่าการเจือปนแบบปรับเปลี่ยน (modulation doping ) และมีข้อดีเนื่องจากการกระเจิงของตัวนำกับสาร ให้ประจุลดลง ทำให้ สามารถบรรลุ ความคล่องตัวสูงมากได้

ดูเพิ่มเติม

  • โลโก้ Wikimedia Commonsสื่อที่เกี่ยวข้องกับการใช้สารกระตุ้นในเซมิคอนดักเตอร์ (Doping (SEM))ในวิกิมีเดียคอมมอนส์
ดึงข้อมูลมาจาก " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Doping_(semiconductor)&oldid=1360526746 "

สรุปเนื้อหา

ข้อมูลสำคัญจากบทความ

ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ การเติมสารเจือปน (สารกึ่งตัวนำ)

ในกระบวนการผลิตสารกึ่งตัวนำ การเจือปนคือการจงใจเติมสารเจือปนลงในสารกึ่งตัวนำบริสุทธิ์ (ไม่เจือปน)เพื่อปรับเปลี่ยนคุณสมบัติทางไฟฟ้า ทางแสง และโครงสร้างของสารกึ่งตัวนำนั้น...

ประวัติศาสตร์

ผลกระทบของสิ่งเจือปนในสารกึ่งตัวนำ (การเจือปน) เป็นที่ทราบกันมานานแล้วในเชิงประจักษ์ในอุปกรณ์ต่างๆ เช่น เครื่องตรวจจับ คลื่นวิทยุแบบคริสตัล และ ตัวเรียงกระแสซีลีเนียม ตัวอย่างเช่น ในปี 1885 Shelford Bidwell และในปี 1930 นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมัน Bernhard...

ความเข้มข้นของตัวนำ

ความเข้มข้นของสารเจือปนที่ใช้ส่งผลต่อคุณสมบัติทางไฟฟ้าหลายประการของสารกึ่งตัวนำ ที่สำคัญที่สุดคือความเข้มข้นของ ตัวนำประจุใน วัสดุ ในสารกึ่งตัวนำบริสุทธิ์ภายใต้ สมดุลทางความร้อน ความเข้มข้นของ อิเล็กตรอน และ โฮล จะเท่ากัน นั่นคือ

ผลกระทบต่อโครงสร้างแถบพลังงาน

การเติมสารเจือปนลงในผลึกที่ดีของสารกึ่งตัวนำจะทำให้เกิดสถานะพลังงานที่อนุญาตภายในช่อง ว่างแถบพลังงาน แต่ใกล้กับแถบพลังงานที่สอดคล้องกับชนิดของสารเจือปน กล่าวคือ สารเจือปน ที่เป็นผู้ให้电子 จะสร้างสถานะใกล้กับ แถบนำไฟฟ้า ในขณะที่ สารเจือปน ที่เป็นผู้รับ电子...