雜質(zhì)半導(dǎo)體的擴(kuò)散

1、目錄雜質(zhì)半導(dǎo)體的簡(jiǎn)介雜質(zhì)半導(dǎo)體的簡(jiǎn)介雜質(zhì)半導(dǎo)體與擴(kuò)散技術(shù)雜質(zhì)半導(dǎo)體與擴(kuò)散技術(shù)雜質(zhì)半導(dǎo)體與雜質(zhì)半導(dǎo)體與PN結(jié)結(jié) 在本征半導(dǎo)體中摻入某些三價(jià)或者五價(jià)的微量元素作為雜質(zhì)，可使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性發(fā)生顯著變化。摻入雜質(zhì)的本征半導(dǎo)體則稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體。雜質(zhì)半導(dǎo)體的定義：發(fā)光材料本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體從不用，性從不用，性能不穩(wěn)定能不穩(wěn)定雜質(zhì)半導(dǎo)體的定義：雜質(zhì)半導(dǎo)體的定義：雜質(zhì)在帶隙中產(chǎn)生雜質(zhì)能級(jí)，當(dāng)雜質(zhì)原子取代半導(dǎo)體晶體中的原子時(shí)：Si摻雜摻雜磷磷摻雜摻雜硼硼多一個(gè)價(jià)電子，為施主雜質(zhì)多一個(gè)空穴，為受主雜質(zhì) 當(dāng)雜質(zhì)原子周圍的勢(shì)場(chǎng)與晶體本身的勢(shì)場(chǎng)有很大差異，則借助于短程勢(shì)場(chǎng)的作用往往形成俘獲電子或空

2、穴的能級(jí)-等電子陷阱。等電子陷阱形成束縛激子（電子空穴對(duì)），其中電子和空穴可直接躍遷復(fù)合，產(chǎn)生高效率發(fā)光。 根據(jù)摻入雜質(zhì)性質(zhì)的不同，雜質(zhì)半導(dǎo)體分為根據(jù)摻入雜質(zhì)性質(zhì)的不同，雜質(zhì)半導(dǎo)體分為N N型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體和P P型半導(dǎo)體兩種。型半導(dǎo)體兩種。施出價(jià)電子-施主接受電子-受主半導(dǎo)體發(fā)光材料的條件：半導(dǎo)體發(fā)光材料的條件：1 帶隙寬度合適（釋放光子能量小于帶隙寬度）2 可獲得電導(dǎo)率高的PN型晶體3 可獲得完整性好的優(yōu)質(zhì)晶體4 發(fā)光復(fù)合幾率大摻雜技術(shù)GaN的摻雜：n型摻雜：摻雜元素主要是硅和鍺，激活能較低，成品易獲得較低導(dǎo)電率p型摻雜：摻雜元素主要是鎂，鎂為深受主，因被氫頓化為Mg-H絡(luò)合物，因此呈現(xiàn)

3、高阻，可通過低能電子輻照及在氮?dú)庵型嘶鸬玫降妥璧?。但目前P型摻雜水平仍很低。半導(dǎo)體的更新?lián)Q代：硅砷化鎵、磷化銦氮化鎵氮化鎵氮化鎵具有優(yōu)異電學(xué)性能、熱穩(wěn)定性好、光電轉(zhuǎn)化率高。氮化鎵基白光LED燈能耗為白熾燈的1/8，壽命是傳統(tǒng)熒光燈的50100倍。雜質(zhì)半導(dǎo)體的形成： 通過擴(kuò)散將一定數(shù)量和種類的雜質(zhì)摻入硅片或其他晶體中，以改變其電學(xué)性質(zhì)，并使摻入的雜質(zhì)數(shù)量和分布情況都滿足要求。 擴(kuò)散技術(shù)是一種基本而又重要的半導(dǎo)體制造工藝技術(shù)。間隙式擴(kuò)散 半徑較小的雜質(zhì)原子從半導(dǎo)體晶格的間隙中擠進(jìn)去。替位式擴(kuò)散 半徑較大的雜質(zhì)原子代替半導(dǎo)體原子而占據(jù)格點(diǎn)（即空位） 的位置， 再依靠周圍空的格點(diǎn)來(lái)進(jìn)行擴(kuò)散。擴(kuò)散方

4、程： 將菲克第一定律方程與半導(dǎo)體連續(xù)性方程聯(lián)立，即得到半導(dǎo)體摻雜的一維擴(kuò)散方程（菲克第二定律）恒定表面源擴(kuò)散恒定表面源擴(kuò)散雜質(zhì)的恒定表面源擴(kuò)散雜質(zhì)的分布情況分布情況表達(dá)式：有限表面源擴(kuò)散表達(dá)式：有限表面源擴(kuò)散雜質(zhì)的分布情況有限表面源擴(kuò)散雜質(zhì)的分布情況有限表面源擴(kuò)散雜質(zhì)的高斯分有限表面源擴(kuò)散雜質(zhì)的高斯分布布 （1）二維擴(kuò)散 （2）雜質(zhì)濃度對(duì)擴(kuò)散系數(shù)的影響 （3）電場(chǎng)效應(yīng) （4）發(fā)射區(qū)推進(jìn)效應(yīng)常用雜質(zhì)的擴(kuò)散方法按所用雜質(zhì)源的形式： 液態(tài)源擴(kuò)散、固態(tài)源擴(kuò)散、氣態(tài)源擴(kuò)散、涂源擴(kuò)散和金擴(kuò)散等按所用擴(kuò)散系統(tǒng)的形式： 開管式擴(kuò)散、閉管式擴(kuò)散以及箱法擴(kuò)散采用不同的摻雜工藝，通過擴(kuò)散作用，將P型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)

5、體制作在同一塊半導(dǎo)體（通常是硅或鍺）基片上，在它們的交界面就形成空間電荷區(qū)稱為PN結(jié)。 在一塊本征半導(dǎo)體在兩側(cè)通過擴(kuò)散不同的雜質(zhì)在一塊本征半導(dǎo)體在兩側(cè)通過擴(kuò)散不同的雜質(zhì), ,分別形成分別形成N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體和和P型半導(dǎo)體。此時(shí)將在型半導(dǎo)體。此時(shí)將在N型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體的結(jié)合面上形成如下物理型半導(dǎo)體的結(jié)合面上形成如下物理過程過程: : 因濃度差因濃度差 多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)由雜質(zhì)離子形成空間電荷區(qū)由雜質(zhì)離子形成空間電荷區(qū) 空間電荷區(qū)形成內(nèi)電場(chǎng)空間電荷區(qū)形成內(nèi)電場(chǎng) 內(nèi)電場(chǎng)促使少子漂移內(nèi)電場(chǎng)促使少子漂移 內(nèi)電場(chǎng)阻止多子擴(kuò)散內(nèi)電場(chǎng)阻止多子擴(kuò)散PN結(jié)的形成PN結(jié)的形成PN結(jié)形成過程中的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)P型、N型半導(dǎo)體由于分別含有較高濃度的“空穴”和自由電子，存在濃度梯度，所以二者之間將產(chǎn)生擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。即：自由電子由N型半導(dǎo)體向P型半導(dǎo)體的方向擴(kuò)散空穴由P型半導(dǎo)體向N型半導(dǎo)體的方向擴(kuò)散高摻雜n+型氮化鎵體單晶襯底 2011年8月美國(guó)Kyma公司新推出尺寸為10 10 mm-2和18 18 mm-2的高摻雜n+型氮化鎵體單晶襯底。 電阻率小于0.02歐姆厘米，比以前的n型氮化鎵襯底低兩個(gè)數(shù)量級(jí)。n型載流子濃度達(dá)到了61018 cm-3，對(duì)應(yīng)電阻率僅為0.005歐姆厘米高摻雜n+型氮化鎵體