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芯片中掺砷的作用有什么?

梦境之末 | 2017/11/1 10:05:08

尽量详细点,谢谢


  • eoyanglei  |   2017/11/3 9:50:13

    卧槽 这个问题太大了。。。。。 这个问题得从什么是半导体开始讲起。。。  

    半导体是一种电导率介于导体(最常见的是金属)和绝缘体(代表物质:橡胶)之间的一类物质,通俗的讲就是你给这个材料两端加上电,上面的电流哎呀比导体小不少,但是比绝缘体又大不少,注意它们电导率的区别是数量级上面的,差个2-3倍乃至二三百倍的根本就不是个事儿。。。  

    由完全不含杂质且没有晶格缺陷的单一物质组成的半导体叫做本征半导体,实际上完全按照定义的本征半导体在现实中是不存在的,最接近也是最常见的本征半导体就是单晶硅(Si),在集成电路制造工艺中最常见也是最重要的原料。本征半导体没什么卵用,用来做导线电阻率能让你哭,做绝缘层电阻又根本不够看。 而且最关键的是,在电路的逻辑运算中,我们需要能随着外加电压或电流变化产生电学性质变化的物质,本征半导体本身是不具备这个能力的。 

    ok这个时候我们的主角,杂质半导体就应该登场了。硅原子有4个价电子,在硅单质中与周围的4个硅原子形成4个共价键构成一个稳定的结构。 但是这个结构不是绝对稳定的,我们可以在这些硅原子中间打入一些“奸细”,只要个头和硅原子差不多大就行,这个过程我们称之为掺杂,这时候就会出现原本是硅原子的位置出现了一些其它的原子,在硅里面的掺杂基本上就是带3个价电子的硼(B)和和5个价电子的砷(As)(磷(P)也比较常见,两者的性能有所不同)。由于它们的价电子数量与Si的并不相等,因此在替位后会出现周围的共价键少一个电子(形成一个空穴,在这里被等效成一个带正电的导电粒子)或多一个游离的价电子的情况,在这种情况下,半导体的导电率会上升,根据带电粒子的不同被称作p型半导体(空穴导电)和n型半导体(电子导电)。 

    单独的n型半导体和p型半导体依然没什么卵用,但是把它们按照一定规则组合在一起之后就会形成各种各样的具有不同功能的电子元器件,从最简单的二极管(单向导电),到三极管,再到现代集成电路的基石——场效应晶体管(MOSFET)。这些器件的工作原理在这里就不详细阐述了,有兴趣可自行百度。正因为有了这些元器件,才有了现在能够实现各种复杂运算和功能的芯片,才有了我们现在的信息化社会。


  • 无非是劫  |   2017/11/6 15:06:29

    高扬宇的答案已经非常好啦,生动形象。

    总得来说掺砷或者磷就是为了在严密的硅晶格结构中放一个自由或者近似自由的电子,让硅可以导电。同理,掺杂硼则是在晶格中放一个空位(也就是空穴),让旁边电子可以移动到这里,可以等价的认为是空穴移动了。

    而选择砷,主要因为在离子注入这种掺杂方式中,掺杂深度不可能那么精准,而砷的体积较大,需要在很浅的表面掺杂时,更容易控制深度。