前面说了单晶硅是一种绝缘体,因此它本身并不具备导电性。那么,我们该如何使它能够导电呢?让我们来看一下硅的微观结构。 硅是一种外层电子数为4的元素,硅原子之间形成了稳定的结构,外层电子数达到8个。由于稳定的电子无法自由移动形成电流,人们想出了一个聪明的办法——向稳定的硅中掺入一些杂质。 我们可以加入最外层电子数为5的磷元素。与硅原子配对后,磷会多出一个电子,形成多余电子。另外,还可以加入最外层电子数为3的硼元素,与硅原子配对后会形成缺电子的空位,称为空穴。 (P型) 由于多余电子形成的区域被称为n型,而缺电子形成的区域被称为p型。将n型和p型区域结合在一起,就形成了半导体的基本结构,即PN结。 当我们将p型区域连接到正极电源上,n型区域连接到负极电源上时,电子就会从n区域流向p区域。刚开始,电子会与空穴结合,但随着电子的不断运动,电流也开始产生。硅由绝缘体转变为具有导电性的半导体。这种方法在半导体物理里被称为掺杂。 实现这一过程的方法就是离子注入,这与之前所说的气相沉积类似。不同之处在于,离子注入直接将离子打入晶体内部,与晶体发生负距离接触。过去,也有一种方法是利用高温促使杂质穿过晶圆的晶体结构,实现掺杂。然而,由于该方法受到温度影响,且掺杂精度不高且无法精确控制,已被离子注入所取代。 离子注入不仅能确切地控制掺杂的数量,而且掺杂的均匀性也很高,还可以控制注入的深度,而且不需要高温条件。它具有许多优点。 虽然离子注入的名字中带有'离子',听起来像是要进行化学反应,但实际上,离子注入只是将离子射入目标材料中,是一种纯粹的物理方法。 与之前提到的物理气相沉积类似,离子注入的过程中,离子会与目标材料的原子发生碰撞,穿越材料的表面层,并在其中停下来完成掺杂。
----------------------------------------- 下一节我们继续讲解离子注入机构成和离子注入具体步骤。 |
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