Doteren
Doteren (Latijn: dotare, voorzien) is het inbrengen van onzuiverheden in een materiaal om de materiaaleigenschappen te veranderen. De term wordt typisch gebruikt in de halfgeleidertechnologie. Het zuivere, vaak kristallijne basismateriaal wordt gedoteerd met (voorzien van) bepaalde, zeer specifieke onzuiverheden, atomen van een ander materiaal. Daarmee wordt het oorspronkelijk isolerende basismateriaal een halfgeleider.
- Bij toevoegen van elementen uit de stikstofgroep van het periodiek systeem aan silicium, ontstaat het halfgeleidende n-type-silicium. De elementen uit deze groep, stikstof (N), fosfor (P), arseen (As), antimoon (Sb), hebben vijf elektronen in hun buitenste schil, één meer dan silicium. Zo ontstaan vrije elektronen in het kristalrooster: een n-type-halfgeleider (n=negatief, elektrische stroom in tegengestelde richting als de elektronenstroom).
- Bij toevoegen van elementen uit de boorgroep van het periodiek systeem aan silicium ontstaat het halfgeleidende p-type-silicium. De elementen uit deze groep, boor (B), aluminium (Al) en gallium (Ga), hebben slechts drie buitenste elektronen, één minder dan silicium. Zo ontstaan er plaatselijke tekorten aan elektronen in het kristalrooster. Zo'n tekort wordt een gat genoemd: een p-type-halfgeleider. De zich verplaatsende gaten zijn positief: de elektrische stroom heeft dezelfde richting als de gatenstroom. Gaten diffunderen aanzienlijk trager dan elektronen. Traagheid van halfgeleiders (bijvoorbeeld bij het gaan sperren van een pn-diode), of schakeltijden in bipolaire schakeltransistoren, worden dan ook vrijwel uitsluitend veroorzaakt door de zich relatief traag voortbewegende gaten, die een relatief lange levensduur hebben. Schottkydioden, waarbij alleen elektronen in de geleidingsband een rol spelen, zijn daarom vele malen sneller dan pn-dioden. Hetzelfde geldt voor n-type-schakel-MOSFET's ten opzichte van bipolaire schakeltransistoren.
Onder invloed van de Engelstalige benaming (doping) wordt doteren ook wel (verkeerdelijk) aangeduid als doperen.
Doteringsmethode
In de halfgeleiderfysica zijn er twee gangbare methoden om te doteren: diffusie en ionenimplantatie.
Diffusie
Diffusie is meestal een tweetrapsproces: eerst wordt een laag met een hoge concentratie onzuiverheden aangebracht (ook wel predepositie genoemd), waarna door een warmtebehandeling bij hoge temperatuur de dotering in het kristalrooster diffundeert. Daarbij wordt de oppervlakteconcentratie lager en de concentratie in het materiaal hoger. De diffusiecoëfficiënt speelt hierbij een belangrijke rol.
Ionenimplantatie
Het implanteren van ionen gebeurt onder vacuüm met een ionenbron. In de meeste gevallen is die bron een speciale uitvoering van een deeltjesversneller, waarin ionen met de gewenste massa afgescheiden worden door een magneetveld. Versneld door een elektrisch veld, botsen ze vervolgens met snelheden tot over 300.000 km/uur[1] op het te doteren materiaal. In het geval van lage versnellingsspanningen zonder massascheiding spreekt men echter van physical vapor deposition (PVD). De indringdiepte hangt af van het te implanteren materiaal en van de grootte van het ion. Door een geschikte keuze van de versnellerspanning, is de snelheid, en daarmee de indringdiepte van de ionen, nauwkeurig te regelen.
| Bronnen, noten en/of referenties |
