半导体常用的掺杂方法主要包括热扩散和离子注入两种核心技术,它们通过精准引入杂质原子改变材料的电学特性,是芯片制造中不可或缺的工艺。热扩散通过高温驱动杂质渗透,适合大面积均匀掺杂;离子注入则利用高能离子束实现纳米级精度,但需退火修复晶格损伤。新兴的等离子体辅助掺杂技术进一步提升了工艺的精细度。
-
热扩散技术
在1000°C左右的高温环境下,杂质原子(如硼、磷)通过气相或固相扩散进入硅晶格。这种方法成本低、均匀性好,常用于太阳能电池和功率器件的大面积掺杂。但高温可能导致杂质过度扩散,限制微缩器件的应用。 -
离子注入技术
将杂质离子(如砷、硼)加速至数万电子伏特能量后轰击硅片,可精确控制掺杂深度和浓度,适用于现代纳米级晶体管。缺点是高能离子会破坏晶格结构,需通过退火(600-1000°C)激活杂质并修复缺陷。 -
先进掺杂工艺
等离子体辅助掺杂结合了化学气相沉积与离子注入的优点,能在低温下实现高精度掺杂,尤其适用于三维器件和柔性电子。激光退火技术可局部修复晶格,减少热预算。
随着半导体器件尺寸不断缩小,掺杂技术正向低温化、选择性和原子级精度发展。未来,定向自组装掺杂和原子层掺杂可能成为突破摩尔定律的关键。