Warum wird ein Halbleiter dotiert?
Diese Frage kommt in meiner Physikarbeit dran die ich bald schreibe. Danke für jede Antwort!
2 Antworten
Um seine elektrische Leitfähigkeit zu beeinflussen und durch Kombination unterschiedlicher Dotierungen (n-Dotierung, p-Dotierung) Sperrschichten zu schaffen, die dann funktionell für den Aufbau von Halbleiterbauelementen (Dioden, Transistoren, Thyristoren, Triacs, integrierten Schaltkreisen, LEDs) erforderlich sind.
Halbleiter:
In Leitern wie den Metallen sind die Elektronen frei beweglich und können zwischen den einzelnen Atomen hin- und herwandern. In Nichtleitern wie Glas, Porzellan und Kunststoffen umkreisen die Elektronen nur ein Atom, also sie können nicht zwischen den einzelnen Atomen umherwandern, sie haben keine „Reisefreiheit“ zwischen den einzelnen Atomen. Halbleiter sind die Elemente aus der 4.Hauptgruppe des Periodensystemes wie Silizium, Germanium und Kohlenstoff. In Halbleitern sind nur die 4 Elektronen auf der äußeren Schale frei beweglich. Die Leitfähigkeit läßt sich durch Erwärmung oder durch Einbringen von Elementen mit 3 Außenelektronen wie Bor, Indium oder Aluminium (p-Leiter) oder Elementen mit 5 Außenelektronen wie Phosphor, Arsen oder Antimon (n-Leiter) gezielt verändern (Dotierung).Zur Herstellung werden Wafer aus Silizium verwendet. Auf einem Wafer mit 300 mm Durchmesser passen bis zu 200 einzelne Schaltkreise. Auf diesem Wafer wird eine dünne Schicht Photolack aus Polymetacrylsäuremethylester aufgebracht. Der Photolack wird nach dem umgekehrten Prinzip eines Diaprojektors von einem Dia mit der Schaltung (Photomaske) durch UV-Strahlung mit einer Wellenlänge von 275 nm belichtet. Dadurch wird ein Katalysator aktiviert und der Photolack erhärtet durch Polymerisation. Der unbelichtete Photolack läßt sich durch Lösungsmittel wieder entfernen, so das dort das Silizium frei liegt. Danach werden Strukturen, also die freiliegenden Stellen mit Hilfe eines Plasma aus Tetraflourmethan (CF4) geätzt. Im Plasma entstehen aus dem Tetraflourmethan die Radikale CF3 und F die die Ätzung der Strukturen bewirken. Danach werden die jeweiligen Dotierelemente in den Kanal gebracht (Dotierung). Nun wird der Photolack durch ein Sauerstoffplasma entfernt und die Asche in der Naßchemie abgespült. Anschließend wird wieder Photolack aufgetragen und belichtet und nun werden Source und Drain mit den umgekehrten Dotierelementen dotiert. Der Photolack wird wieder mit einem Sauerstoffplasma entfernt und die Asche in der Naßchemie heruntergespült. Danach wird der Wafer auf 800°C erhitzt, um die Dotierelemente in das Kristallgitter einzufügen. Anschließend wird eine Schicht aus Siliziumdioxid (SiO2) und danach Silizium aufgetragen, welches nach erneuter Belackung und Belichtung mit einem Plasma aus Tetraflourmethan /(CF4) geätzt wird. Der Photolack wird wieder mit einem Sauerstoffplasma und die entstandene Asche in der Naßchemie entfernt. So entstehen die Transistoren. Nach dem erneuten Abscheiden einer Deckschicht aus Siliziumdioxid (SiO2), werden nun nach erneutem Belacken und Belichten die Gräben auch wieder mit einem Plasma aus Tetraflourmethan (CF4) in die Deckschicht geätzt. Nach der Entfernung des Photolackes mit einem Sauerstoffplasma und der Asche in der Naßchemie wird in diesen Gräben (Tranches) Kupfer abgeschieden, welches nun die einzelnen Transistoren miteinander verbindet. Somit entstehen aus den einzelnen Transistoren die logischen Verknüpfungen wie UND, ODER, NICHT, NAND, NOR, Diese Verknüpfungen ergeben dann einen fertigen Schaltkreis.
Danke!