Допирование

Допирование — модификация полимеров с использованием реакций полимера с донорами или акцепторами электронов. После реакции молекул допантов с несущими неспаренный электрон участками цепи полимера образуются фрагменты, эквивалентные органическим ионам — карбокатионам или карбоанионам. На других участках цепи возможно образование ион-радикалов (радикал). После допирования полимер переходит в новое энергетическое состояние с проводимостью, близкой к проводимости металлов.

В производстве полупроводников, допирование — умышленное введение примесей в сильно очищенный (известный также как собственный) полупроводник с целью модуляции его электрических свойств. Примеси зависят от типа полупроводника. Легко и умеренно допированные называют примесными полупроводниками. Если полупроводники допированы более существенно, то их поведение становится более похоже на проводник, и его называют люминисценции и сцинтилляции допирование известно как активация.

История

Такие свойства были давно известны в таких устройствах как детекторный приемник и селеновый выпрямитель. Однако, допирование полупроводников формально разработал впервые Джон Роберт Вудворд, работавший в Sperry Gyroscope Company когда шла Вторая мировая война ^[1]. Запрос его работы радар был отклонен и Вудворд стал пытать счастья в исследовании допирования полупроводников. Однако после окончания войны его патент подтверждает основания Sperry Rand для интенсивного оспаривания. Аналогичная работа была выполнена в Bell Labs авторами: Gordon K. Teal и Morgan Sparks.^[2]

Процесс

Некоторые допант'ы являются добавляемыми как (обычно кремний) выращенный полупроводниковый слиток, дающий каждую подложку в основном однородную основу для допирования.^[3] Для определения электронных устройств, выделенные области обычно определяются фотолитографией ^[4] после которого допируются таким процессом как диффузия ^[5] и ионная имплантация, в последний метод становится более популярным в крупном производстве за счет большей контролируемости.

Малое количество атомов допанта может изменить способность полупроводника управлять проводимостью. Когда в окрестности одного допирующего атома находится около 100 миллионов атомов, такое допирование считается слабым или легким. Когда атомов допанта намного больше, на один к десяти тысячам атомов, такое допирование называют сильным или тяжелым. Как правило указывается n+ допирование n-типа или p+ для допирования p-типа. (См. статью полупроводники для более детального описания механизма допирования.)

Допирующие элементы

Полупроводники IV группы

(Заметка: Когда идет речь о группе периодической системы, физики полупроводников всегда подразумевают старую нотацию, не современную нотацию группы IUPAC. Например группа углерода называется «Группа IV», но не «Группа 14».)

Что касается подгруппы углерода полупроводники такие как кремний, германий и карбид кремния, то обычно в качестве допантов являются акцепторы из подгруппы бора или доноры из подгруппы азота. Бор, мышьяк, фосфор, и иногда галлий используется для допирования кремния. Бор допант p-типа выбирают для производства кремниевых интегрированных электронных устройств, поскольку он проникает в соотношении при котором глубина перехода легко контролируется. Фосфор обычно используется для массового допирования кремниевых дисковых подложек, тогда как мышьяк используется для диффузии переходов, поскольку он проникает более медленно и они является более контролируемыми.

При допировании обогащенного кремния элементами из подгруппы азота такими как фосфор валентные электроны добавляются так что становятся не привязанными к конкретным атомам и позволяют структуре быть электрически проводящей n-типа. Допирование элементами из подгруппы бора у которых отсутствует четвертый валентный электрон, образуют «разорванные цепи» (дырки) в кремниевой решетке причем свободные для перемещения. В результате электрическая проводимость становится p-типа. В таком контексте элементы подгруппы азота называют донорами, а про элементы из подгруппы бора говорят акцепторы. Это лежит в основе концепции физики диода

Очень тяжело допированные полупроводники становятся много похожи на проводящие (металлы) и проявляют линейный положительный тепловой коэффициент. Такой эффект используется в элементе терморезистор. ^[6] Низкие дозы допирования используются в других типах термисторов с позитивными и негативными ТКС.

Ссылки

1. ↑ U.S. Patent 2 530 110 от, 1944, выданный 1950
2. ↑ Sparks, Morgan and Teal, Gordon K. «Method of Making P-N Junctions in Semiconductor Materials», U.S. Patent 2 631 356 (Filed June 15, 1950. Issued March 17, 1953)
3. ↑ Levy Roland Albert Microelectronic Materials and Processes. — Dordrecht: Kluwer Academic, 1989. — P. 6–7. — ISBN 0792301544
4. ↑ Computer History Museum — The Silicon Engine|1955 — Photolithography Techniques Are Used to Make Silicon Devices
5. ↑ Computer History Museum — The Silicon Engine 1954 — Diffusion Process Developed for Transistors
6. ↑ Dharma Raj Cheruku, Battula Tirumala Krishna, Electronic Devices and Circuits, 2nd edition, 2008, Delhi, India, ISBN 978-81-317-0098-3