Sólo el grupo III Y IV se utiliza para el dopaje en el elemental semiconductores como Si y Ge, ¿por qué no otros grupos utilizarse en su lugar?
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Samuel Weir
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Creo que la razón puede ser, al menos, dos veces: (1) Para dopantes para ser eficaz, el nivel de energía introducida por el dopante tiene que ser un poco profundo nivel de energía, no un profundo nivel de energía. Un nivel superficial significa que la proporción de impurezas es muy cerca de la de valencia o la banda de conducción, por lo que es fácil térmicamente ionizar el átomo dopante y tiene su electrón (o agujero) contribuir a la electrónica de comportamiento. Una impureza que sólo contribuye a un profundo nivel de energía es efectivamente inerte en cuanto a su contribución a la electrónica comportamiento va, porque la energía térmica es muy baja como para ionizar la impureza. Grupo III y V elementos son lo suficientemente similares como para el Grupo IV de elementos de silicio y el germanio que tienden a contribuir superficial de la impureza de los niveles de energía. El dopaje con otros elementos proporcionará la impureza de los niveles de energía, sino que tienden a ser mucho más profundo y, por lo tanto, efectivamente inerte niveles de energía.
Otro problema puede ser (2) química/física de compatibilidad. El silicio y el germanio ambos cristalizan en un lugar denso diamante de estructura cúbica, y tantas posibles impurezas átomos probablemente sería demasiado grande para caber cómodamente en el silicio o el germanio celosía como una reposición de la impureza de la manera en que relativamente pequeño de átomos tales como, por ejemplo, el boro o fósforo hacer.
Por el camino, diamante sintético crecido por ECV es ser visto como una posible electrónica material del futuro, ya que sus portadores de carga (es decir, los electrones y los huecos) se mueven mucho más rápidos que los de silicio, y dado que la conductividad térmica del diamante es muy alto, lo que significa menos probabilidad de que el dispositivo de recalentamiento. Pero un gran problema ha sido encontrar adecuado electrónica dopantes para el diamante. El diamante tiene un muy apretado de celosía, así que la mayoría de los átomos no encaja en el diamante como una reposición de la impureza. También, la posible átomos de dopante estudiado hasta ahora todos tienden a contribuir más profundo de la impureza de los niveles de energía en diamante, no la poca impureza de los niveles de energía que se desee.
Varios puntos a añadir a @SamuelWeir respuestas. Aquí me voy a centrar en los datos de silicio, pero los principios generales se aplican a otros semiconductores.
Primero, las parcelas de dopante los niveles de energía son bastante comunes en los semiconductores física de los libros. Mi copia de Sze, la Física de los Dispositivos Semiconductores, tiene como Capítulo 1, Fig. 13 en la página 21. Para el silicio, el más superficial de los donantes son de Litio (0.033 eV), Sb (0.039 eV), P (0.045 eV), Como (0.054 eV) y Bi (0.069 eV). Mg (0.11 eV) y Ta (0.14 eV) son algo sorprendente entradas. (Tenga en cuenta que el Mg y Ta son anfóteros - tienen múltiples niveles dentro de la brecha y los de la lista son los más superficial. Esto será de gran limitan su utilidad como donantes.) En el aceptor lado, se tiene B (0.045 eV), Al (0.067 eV), Ga (0.072 eV) y En (0.16 eV).
Ahora, además de tener un nivel útil en la brecha, usted tiene que ser capaz de incorporar el dopante en la red. Así, la solubilidad de los elementos en cristal de silicio es importante. El clásico de referencia para la solubilidad es la F. A. Trumbore, "Solubilidades de Sólidos de la Impureza de los Elementos en el Germanio y el Silicio", Bell System Technical Journal 39(1) 205-233 (1960). Uno rápidamente se percata de que B, y P todos tienen solubilidades de cerca de 10$^{21}$/cm$^{3}$ o mejor que la 1 a.%. El siguiente grupo cae por debajo del 10$^{20}$/cm$^{3}$. Este grupo incluye Sb, Ga, Al, (en el extremo inferior) y Li. Bismuto tiene una solubilidad por debajo del 10$^{18}$/cm$^{3}$, que es inútil para la moderna tecnología de dispositivos. Para que la utilidad de B, P, y Como es bastante claro - son buenas dopantes y usted puede conseguir un montón en la red.
Por último, una nota sobre la Li - es muy superficial de los donantes, y la solubilidad es tan buena como la de la Ga y la Sb que se utilizan comúnmente en el pasado (ahora ya no tanto). Sin embargo, el litio se difunde rápidamente, y la difusión se ve reforzada por los campos eléctricos. Ambos son, no es de extrañar, malo para el rendimiento del dispositivo a largo plazo. (Aunque es bastante útil para hacer muy profundo uniones, por ejemplo, los detectores de partículas.)
Así, la elección de los dopantes se basa en un número de factores - los niveles en la brecha y la solubilidad son las principales, pero otros factores también pueden venir a jugar.
