dopantprofielen

Dopantprofielen beschrijven de ruimtelijke verdeling van dopantatomen in een halfgeleider als functie van de diepte onder het oppervlak. De dopantconcentratie bepaalt de elektrische eigenschappen van het materiaal, zoals de geleiding, het niveau van de Fermi-lijn en de werking van apparaten zoals diodes en transistors. Wereldwijd worden dopanten meestal geïntroduceerd als n-type dopanten (bijv. fosfor, arsenicum) of p-type dopanten (bijv. boor, aluminium).

De twee belangrijkste fabricageprocessen om dopantprofielen te vormen zijn ionimplantatie en diffusiestaps. Ionimplantatie brengt dopanten met gecontroleerde energie in het substraat in, gevolgd door annealing om het kristal te herstellen en dopants te activeren. Diffusie vindt plaats tijdens thermische behandelingen, waardoor dopanten zich vanuit een bronlaag of een dopeerde laag in het substraat verspreiden. Epitaxiale groei kan eveneens worden gebruikt om abrupte of graduele profielen te creëren door tijdens de groei dopanten te introduceren.

Veelvoorkomende profielvormen zijn onder meer abrupte (step) profielen, gegloeide profielen met een Gaussiaanse karakteristiek, en boxprofielen die ontstaan bij specifieke implantatie- en annealcondities. Karakteristieke randpunten zijn de piekconcentratie, de diepte van de junction en de mate van activatie. Diffusieparameters, zoals diffusiecoëfficiënten en tijdelijke verdelingsfenomenen als transiente verdeling (TED), bepalen de vorm en breedte van het profiel.

Profileringsmetingen zoals SIMS, spreading resistance profiling en C-V-profielen geven directe of inferentiële informatie over dopantprofielen. Modellering en processimulatie worden gebruikt om dopantprofielen te voorspellen en te optimaliseren voor doelapparaten, bijvoorbeeld MOSFETs, diodes, zonnecellen en LEDs. Het nauwkeurig beheersen van dopantprofielen is cruciaal voor betrouwbaarheid, schakeldeigenschappen en vermogen van halfgeleiderapparaten.