半导体杂质浓度是指单位体积半导体材料中掺杂原子的数量,直接影响材料的导电性能和器件性能。它是通过掺杂工艺人为引入的特定杂质原子,用于调控半导体的电学特性。
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基本概念
半导体杂质浓度通常以“原子数/cm³”为单位,表示每立方厘米半导体材料中掺杂原子的数量。本征半导体导电性差,通过掺入III族或V族元素(如硼、磷)形成P型或N型半导体,从而获得所需的载流子浓度。 -
测量方法
杂质浓度可通过二次离子质谱(SIMS)、四探针法或霍尔效应测试间接推算。SIMS能精确检测不同深度的杂质分布,而电学测量法(如霍尔效应)通过载流子浓度反推有效掺杂浓度。 -
对器件的影响
- 导电性:浓度越高,多数载流子(空穴或电子)越多,电阻率越低。
- PN结特性:浓度梯度决定内建电场强度和击穿电压。
- 迁移率:过高杂质浓度会导致载流子散射加剧,降低迁移率。
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工艺控制关键
在芯片制造中,需通过离子注入或扩散工艺精确控制杂质浓度。例如,CPU晶体管的源/漏区需高浓度掺杂(10¹⁸~10²⁰/cm³),而沟道区浓度通常较低(10¹⁶~10¹⁷/cm³)以平衡导通与漏电流。
半导体杂质浓度是设计与制造的核心参数,其精确调控直接决定器件速度、功耗和可靠性。实际应用中需结合材料特性与工艺能力进行优化。