Dopaje de semiconductores ( alemán legieren - " fusible ", del latín ligare - "unir") - la introducción de pequeñas cantidades de impurezas o defectos estructurales para cambiar de forma controlada las propiedades eléctricas de un semiconductor , en particular, su tipo de conductividad.
En la producción de dispositivos semiconductores, el dopaje es uno de los procesos tecnológicos más importantes (junto con el grabado y la deposición ).
El objetivo principal es cambiar el tipo de conductividad y la concentración de portadores en la mayor parte del semiconductor para obtener las propiedades deseadas (conductividad, obtener la suavidad requerida de la unión pn ). Los dopantes más comunes para el silicio son el fósforo y el arsénico (permiten obtener una conductividad tipo n ) y el boro ( tipo p ).
Según el grado de dopaje (la concentración de impurezas donantes y aceptoras ), se distinguen uniones pn simétricas y asimétricas . En uniones simétricas, la concentración de portadores en las regiones del semiconductor es casi la misma. En las transiciones asimétricas, las concentraciones pueden diferir muchas veces [1] .
Actualmente, el dopaje se realiza tecnológicamente de tres formas: implantación de iones , dopaje por transmutación de neutrones (NTL) y difusión térmica .
La implantación de iones permite controlar los parámetros del dispositivo con mayor precisión que la difusión térmica y obtener uniones pn más nítidas. Tecnológicamente, pasa por varias etapas:
La implantación de iones está controlada por los siguientes parámetros:
En el dopaje por transmutación de neutrones, los dopantes no se introducen en el semiconductor, sino que se forman ("transmutan") a partir de los átomos de la sustancia original ( silicio , arseniuro de galio ) como resultado de reacciones nucleares , provocadas por la irradiación de la sustancia original con neutrones. . NTL permite obtener silicio monocristalino con una distribución particularmente uniforme de los átomos de impurezas. El método se utiliza principalmente para el dopaje de sustratos, especialmente para dispositivos electrónicos de potencia [2] .
Cuando la sustancia irradiada es silicio, bajo la influencia de una corriente de neutrones térmicos del isótopo de silicio 30 Si, se forma un isótopo radiactivo 31 Si, que luego sufre una desintegración beta con una vida media de aproximadamente 157 minutos y la formación de un isótopo estable de fósforo 31 P. El isótopo estable resultante 31 P crea una conductividad de tipo n en el silicio.
En Rusia, en 1980 se demostró la posibilidad de dopar el silicio por transmutación de neutrones a escala industrial en los reactores de las centrales nucleares y sin perjuicio de la producción de electricidad. En 2004, la tecnología para la aleación de lingotes de silicio con un diámetro de hasta 85 mm se llevó al uso industrial, en particular, en la central nuclear de Leningrado [3] .
La difusión térmica contiene los siguientes pasos: