डोपिंग (अर्धचालक)

अर्धचालक उत्पादन में अपमिश्रण अपने विद्युत प्रकाशीय और संरचनात्मक गुणों को संशोधित करने के उद्देश्य से एक आंतरिक अर्धचालक में अशुद्धियों का जानबूझकर परिचय देता है। डोप की गई सामग्री को बाह्य अर्धचालक के रूप में जाना जाता है।

अपमिश्रण परमाणुओं की छोटी संख्या विधुत के संचालन के लिए अर्धचालक की क्षमता को बदल सकती है। जब प्रति 100 मिलियन परमाणुओं में एक अपमिश्रण परमाणु के क्रम में जोड़ा जाता है, तो अपमिश्रण को कम या हल्का कहा जाता है। जब कई और मादक पदार्थ परमाणु जोड़े जाते हैं तो प्रति दस हजार परमाणुओं के क्रम में अपमिश्रण को 'उच्च' या 'भारी' कहा जाता है। इसे अक्सर एन-क्रमअर्धचालक के लिए एन+ के रूप में दिखाया जाता है। एन-क्रमअपमिश्रण या पी-प्रकार अर्धचालक के लिए पी+। पी-क्रमअपमिश्रण (अपमिश्रण तंत्र के अधिक विस्तृत विवरण के लिए अर्धचालक्स पर लेख देखें) एक अर्धचालक को इतने उच्च स्तर पर डोप किया जाता है कि यह एक अर्धचालक की तुलना में एक कंडक्टर (सामग्री) की तरह अधिक कार्य करता है, जिसे पतित अर्धचालक कहा जाता है। एक अर्धचालक को आई-क्रमअर्धचालक माना जा सकता है यदि इसे समान मात्रा में p और n में डोप किया गया हो।

फास्फोरस और सिंटिलेटर के संदर्भ में, अपमिश्रण को उत्प्रेरक (फॉस्फोर) के रूप में जाना जाता है। यह अर्धचालकों में मादक पदार्थ सक्रियण के साथ भ्रमित नहीं होता है। अपमिश्रण का उपयोग कुछ वर्णक में रंग को नियंत्रित करने के लिए भी किया जाता है।

इतिहास

अर्धचालक्स (अपमिश्रण) में अशुद्धियों के प्रभाव क्रिस्टल रेडियो कैट्स-व्हिस्कर डिटेक्टर और सेलेनियम रेक्टीफायर्स (सही करने वाला) जैसे उपकरणों में अनुभवजन्य रूप लंबे समय से ज्ञात थे। उदाहरण के लिए, 1885 में शेल्फ़र्ड बिडवेल और 1930 में जर्मन वैज्ञानिक बर्नहार्ड गुड्डन ने स्वतंत्र रूप से बताया कि अर्धचालक्स के गुण उनमें उपस्थित अशुद्धियों के कारण थे। द्वितीय विश्व युद्ध के दौरान स्पेरी जाइरोस्कोप कंपनी में काम कर रहे जॉन रॉबर्ट वुडयार्ड द्वारा एक अपमिश्रण प्रक्रिया को औपचारिक रूप से विकसित किया गया था। हालांकि इसमें अपमिश्रण शब्द का प्रयोग नहीं किया गया है, लेकिन 1950 में जारी उनके अमेरिकी पेटेंट में आवर्त सारणी के नाइट्रोजन स्तंभ से जर्मेनियम में ठोस तत्वों की छोटी मात्रा को जोड़ने के तरीकों का वर्णन किया गया है ताकि सुधारात्मक उपकरणों का उत्पादन किया जा सके। राडार पर उनके काम की मांगों ने वुडयार्ड को अर्धचालक अपमिश्रण पर और शोध करने से रोक दिया।

1953 में जारी अमेरिकी पेटेंट के साथ गॉर्डन के. टील और मॉर्गन स्पार्क्स द्वारा बेल लैब्स में इसी तरह का काम किया गया था।

वुडयार्ड का पूर्व पेटेंट स्पेरी रैंड द्वारा व्यापक मुकदमेबाजी का आधार साबित हुआ।

वाहक एकाग्रता

इस्तेमाल किए गए मादक पदार्थ की एकाग्रता कई विद्युत गुणों को प्रभावित करती है। सबसे महत्वपूर्ण सामग्री की आवेश वाहक सांद्रता है। थर्मल संतुलन के तहत एक आंतरिक अर्धचालक में, इलेक्ट्रॉनों और इलेक्ट्रॉन छेद की सांद्रता बराबर होती है। वह है,

$n=p=n_{i}.\$

थर्मल संतुलन के तहत एक गैर-आंतरिक अर्धचालक में, संबंध बन जाता है (कम अपमिश्रण के लिए):

$n_{0}\cdot p_{0}=n_{i}^{2}\$

जहां एन₀ इलेक्ट्रॉनों के संचालन की सांद्रता है, पी₀ कंडक्टिंग होल कंसंट्रेशन है, और n_iसामग्री की आंतरिक वाहक एकाग्रता है। आंतरिक वाहक एकाग्रता सामग्री के बीच भिन्न होती है और तापमान पर निर्भर होती है। सिलिकॉन एन_i, उदाहरण के लिए, मोटे तौर पर 1.08×10 है^{10</उप> सेमी−3 300 केल्विन पर, कमरे के तापमान के बारे में।}

^{सामान्य तौर पर अपमिश्रण बढ़ने से वाहकों की उच्च सांद्रता के कारण चालकता में वृद्धि होती है। डीजेनरेट (अत्यधिक अपमिश्रित) अर्धचालकों में चालकता का स्तर धातुओं की तुलना में होता है और अक्सर धातु के प्रतिस्थापन के रूप में एकीकृत परिपथो में उपयोग किया जाता है। अर्धचालकों में सापेक्ष अपमिश्रण एकाग्रता को दर्शाने के लिए अक्सर सुपरस्क्रिप्ट प्लस और माइनस प्रतीकों का उपयोग किया जाता है। उदाहरण के लिए, एन+ एक उच्च अक्सर पतित अपमिश्रण एकाग्रता के साथ एक एन-प्रकार अर्धचालक को दर्शाता है। इसी प्रकार प− बहुत हल्के ढंग से डोप की गई पी-क्रमसामग्री का संकेत देगा। यहां तक ​​कि अपमिश्रण के पतित स्तर का अर्थ है बेस अर्धचालक के संबंध में अशुद्धियों की कम सांद्रता। आंतरिक क्रिस्टलीय सिलिकॉन में लगभग 5×10 22 परमाणु/सेमी3 है। सिलिकॉन अर्धचालको के लिए अपमिश्रण सान्द्रता कहीं भी 1013</उप> सेमी-3 से 10 तक18</उप> सेमी−3 तक हो सकती है।अपमिश्रण एकाग्रता लगभग 1018</उप> सेमी−3 से ऊपर की अपमिश्रण सान्द्रता को कमरे के तापमान पर पतित माना जाता है। पतित रूप से डोप किए गए सिलिकॉन में प्रति हजार भागों के क्रम में सिलिकॉन के लिए अशुद्धता का अनुपात होता है। यह अनुपात बहुत हल्के ढंग से डोप किए गए सिलिकॉन में प्रति बिलियन भागों तक कम किया जा सकता है। विशिष्ट एकाग्रता मान इस सीमा में कहीं आते हैं और उस उपकरण में वांछित गुण उत्पन्न करने के लिए तैयार किए जाते हैं जिसके लिए अर्धचालक का इरादा है।}

बैंड संरचना पर प्रभाव

फॉरवर्ड बायस मोड में पीएन जंक्शन ऑपरेशन का बैंड आरेख घटती चौड़ाई को दर्शाता है। दोनों पी और एन जंक्शन 1 × 10 पर डोप किए गए हैं¹⁵/सेमी³ अपमिश्रण स्तर, जिसके कारण ~0.59 V की अंतर्निहित क्षमता होती है। घटती हुई चौड़ाई को सिकुड़ते चार्ज प्रोफाइल से अनुमान लगाया जा सकता है, क्योंकि कम मादक पदार्थ बढ़ते हुए पूर्वाग्रह के साथ सामने आते हैं।

एक अच्छे क्रिस्टल में एक अर्धचालक अपमिश्रण बैंड अंतराल के भीतर अनुमत ऊर्जा राज्यों का परिचय देता है, लेकिन मादक पदार्थ प्रकार से मेल खाने वाले ऊर्जा बैंड के बहुत करीब है। दूसरे शब्दों में इलेक्ट्रॉन दाता अशुद्धियाँ चालन बैंड के पास अवस्थाएँ बनाती हैं। जबकि इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता अशुद्धियाँ वैलेंस बैंड के पास अवस्थाएँ बनाती हैं। इन ऊर्जा अवस्थाओं और निकटतम ऊर्जा बैंड के बीच के अंतर को आमतौर पर मादक पदार्थ -साइट बंधन ऊर्जा या ई के रूप में संदर्भित किया जाता है और अपेक्षाकृत छोटा है। उदाहरण के लिए, सिलिकॉन बल्क में बोरॉन के लिए E_B 0.045 eV है, जबकि सिलिकॉन का बैंड गैप लगभग 1.12 eV है। क्योंकि ई_B इतना छोटा है कि कमरे का तापमान व्यावहारिक रूप से सभी मादक पदार्थ परमाणुओं के थर्मल आयनीकरण के लिए पर्याप्त गर्म है और चालन या वैलेंस बैंड में फ्री चार्ज वाहक बनाता है।

फर्मी स्तर के सापेक्ष ऊर्जा बैंड को स्थानांतरित करने का मादक पदार्थ का भी महत्वपूर्ण प्रभाव है। सबसे बड़ी एकाग्रता के साथ मादक पदार्थ के अनुरूप ऊर्जा बैंड फर्मी स्तर के करीब समाप्त होता है। चूंकि फर्मी स्तर थर्मोडायनामिक संतुलन में एक प्रणाली में स्थिर रहना चाहिए। विभिन्न गुणों वाली सामग्री की परतों को ढेर करने से बैंड झुकने से प्रेरित कई उपयोगी विद्युत गुण होते हैं। यदि इंटरफेस को साफ-सुथरा बनाया जा सकता है। उदाहरण के लिए, पी-एन जंक्शन के गुण बैंड झुकने के कारण होते हैं जो पी-क्रमऔर एन-क्रमसामग्री के संपर्क क्षेत्रों में बैंड को पंक्तिबद्ध करने की आवश्यकता के परिणामस्वरूप होता है।

यह प्रभाव एक बैंड आरेख में दिखाया गया है। बैंड आरेख आमतौर पर वैलेंस बैंड और कंडक्शन बैंड किनारों बनाम कुछ स्थानिक आयाम में भिन्नता को इंगित करता है। जिसे अक्सर x के रूप में दर्शाया जाता है। फर्मी स्तर को आमतौर पर आरेख में भी दर्शाया गया है। कभी-कभी आंतरिक फर्मी स्तर ई_i, जो अपमिश्रण की अनुपस्थिति में फर्मी स्तर दिखाया गया है। ये आरेख कई प्रकार के अर्धचालक उपकरणो के संचालन को समझाने में उपयोगी होते हैं।

वाहक एकाग्रता (कम अपमिश्रण ) से संबंध

अपमिश्रण के निम्न स्तर के लिए प्रासंगिक ऊर्जा राज्यों को इलेक्ट्रॉनों (चालन बैंड) या छिद्रों (वैलेंस बैंड) द्वारा विरल रूप से आबाद किया जाता है। पाउली अपवर्जन (मैक्सवेल-बोल्ट्ज़मैन सांख्यिकी के माध्यम से) को अनदेखा करके इलेक्ट्रॉन और छिद्र वाहक सांद्रता के लिए सरल अभिव्यक्ति लिखना संभव है:

$n_{e}=N_{\rm {C}}(T)\exp((E_{\rm {F}}-E_{\rm {C}})/kT),\quad n_{h}=N_{\rm {V}}(T)\exp((E_{\rm {V}}-E_{\rm {F}})/kT),$

जहाँ E_F फर्मी स्तर है, E_C चालन बैंड की न्यूनतम ऊर्जा है और E_V वैलेंस बैंड की अधिकतम ऊर्जा है। ये के माध्यम से आंतरिक एकाग्रता के मूल्य से संबंधित हैं

$n_{i}^{2}=n_{h}n_{e}=N_{\rm {V}}(T)N_{\rm {C}}(T)\exp((E_{\rm {V}}-E_{\rm {C}})/kT),$

एक अभिव्यक्ति जो अपमिश्रण स्तर से स्वतंत्र है, चूंकि E_C – E_V (बैंड गैप) अपमिश्रण के साथ नहीं बदलता है।

एकाग्रता कारक N_C(T) और N_V(T) द्वारा दिए गए हैं

$N_{\rm {C}}(T)=2(2\pi m_{e}^{*}kT/h^{2})^{3/2}\quad N_{\rm {V}}(T)=2(2\pi m_{h}^{*}kT/h^{2})^{3/2}.$

जहाँ m_e^* और m_h^* क्रमशः इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों का प्रभावी द्रव्यमान (ठोस-अवस्था भौतिकी) है, जो मात्राएँ तापमान पर लगभग स्थिर होती हैं।

अपमिश्रण और संश्लेषण की तकनीकें

क्रिस्टल विकास के दौरान अपमिश्रण

कुछ मादक पदार्थ को (सिलिकॉन) बाउल (क्रिस्टल) को ज़ोक्राल्स्की विधि द्वारा उगाया जाता है जिससे प्रत्येक वेफर (इलेक्ट्रॉनिक्स) को लगभग एक समान प्रारंभिक अपमिश्रण देता है।

वैकल्पिक रूप से अर्धचालक उपकरणों के संश्लेषण में मेटलऑर्गेनिक वाष्प चरण एपिटॉक्सी का उपयोग सम्मिलित हो सकता है। वाष्प-चरण एपिटॉक्सी में मादक पदार्थ अग्रदूत युक्त गैस को रिएक्टर में पेश किया जा सकता है। उदाहरण के लिए गैलियम आर्सेनाइड के एन-क्रमगैस अपमिश्रण की स्थिति मे हाइड्रोजन सल्फाइड जोड़ा जाता है और सल्फर को संरचना में सम्मिलित किया जाता है। यह प्रक्रिया सतह पर सल्फर की निरंतर एकाग्रता की विशेषता है। सामान्य तौर पर अर्धचालकों की स्थिति में वांछित इलेक्ट्रॉनिक गुण प्राप्त करने के लिए वेफर की केवल एक बहुत पतली परत को डोप करने की आवश्यकता होती है।

पोस्ट-ग्रोथ अपमिश्रण

सर्किट तत्वों को परिभाषित करने के लिए चयनित क्षेत्र -प्रायः फोटोलिथोग्राफी द्वारा नियंत्रित -आगे प्रसार और आयन आरोपण विसरण जैसी प्रक्रियाओं द्वारा आगे डोप किए जाते हैं और बड़े उत्पादन में बाद वाली विधि अधिक लोकप्रिय होने के कारण बढ़ती नियंत्रणीयता के कारण चलती है।

स्पिन-ऑन ग्लास

स्पिन-ऑन ग्लास या स्पिन-ऑन डोपेंट अपमिश्रण SiO2 और डोपेंट (एक विलायक में) के मिश्रण को स्पिन-कोटिंग द्वारा वेफर सतह पर लगाने और फिर इसे अलग करने और एक निश्चित तापमान पर बेक करने की दो-चरणीय प्रक्रिया है। निरंतर नाइट्रोजन + ऑक्सीजन प्रवाह पर भट्टी।

न्यूट्रॉन संचारण अपमिश्रण

See also: Neutron activation

न्यूट्रॉन परमाणु संचारण अपमिश्रण (NTD) विशेष अनुप्रयोगों के लिए एक असामान्य अपमिश्रण विधि है। आमतौर पर, इसका उपयोग उच्च-शक्ति वाले इलेक्ट्रॉनिक्स और अर्धचालक डिटेक्टर में सिलिकॉन एन-क्रमको डोप करने के लिए किया जाता है। यह निम्नानुसार न्यूट्रॉन अवशोषण द्वारा Si-30 आइसोटोप को फास्फोरस परमाणु में परिवर्तित करने पर आधारित है:

$$^{30}\mathrm {Si} \,(n,\gamma )\,^{31}\mathrm {Si} \rightarrow \,^{31}\mathrm {P} +\beta ^{-}\;(T_{1/2}=2.62\mathrm {h} ).$$

व्यवहार में न्यूट्रॉन प्राप्त करने के लिए सिलिकॉन को प्रायः परमाणु रिएक्टर के पास रखा जाता है। जैसे-जैसे न्यूट्रॉन सिलिकॉन से होकर गुजरते हैं। अधिक से अधिक फॉस्फोरस परमाणु संक्रामण द्वारा उत्पन्न होते हैं और इसलिए अपमिश्रण अधिक से अधिक दृढ़ता से एन-प्रकार बन जाता है। एनटीडी प्रसार या आयन आरोपण की तुलना में बहुत कम सामान्य अपमिश्रण विधि है लेकिन इसका एक अत्यंत समान मादक पदार्थ वितरण बनाने का लाभ है।

मादक पदार्थ तत्व

समूह IV अर्धचालक

(ध्यान दें: समूह (आवर्त सारणी) पर चर्चा करते समय, अर्धचालक भौतिक विज्ञानी हमेशा एक पुराने अंकन का उपयोग करते हैं, वर्तमान IUPAC समूह संकेतन का नहीं। उदाहरण के लिए, कार्बन समूह को समूह IV कहा जाता है, समूह 14 नहीं।)

हीरा, सिलिकॉन, जर्मेनियम, सिलिकन कार्बाइड और सिलिकॉन-जर्मेनियम जैसे कार्बन समूह अर्धचालकों के लिए सबसे आम मादक पदार्थ समूह III के स्वीकर्ता या समूह V तत्वों के दाता हैं । बोरॉन, आर्सेनिक, फॉस्फोरस और कभी-कभी गैलियम उपयोग सिलिकॉन को डोप करने के लिए किया जाता है। बोरॉन समूह से स्वीकार्य (अर्धचालक) या नाइट्रोजन समूह तत्वों से दाता (अर्धचालक) हैं। बोरोन, हरताल, फॉस्फोरस और कभी-कभी गैलियम का उपयोग सिलिकॉन को डोप करने के लिए किया जाता है। बोरॉन एक्सेप्टर (अर्धचालक) है। सिलिकॉन एकीकृत परिपथ उत्पादन के लिए पसंद का पी-क्रममादक पदार्थ है क्योंकि यह एक ऐसी दर पर फैलता है जो जंक्शन की गहराई को आसानी से नियंत्रित करता है। फास्फोरस आमतौर पर सिलिकॉन वेफर्स के बल्क-अपमिश्रण के लिए उपयोग किया जाता है जबकि आर्सेनिक का उपयोग जंक्शनों को फैलाने के लिए किया जाता है क्योंकि यह फास्फोरस की तुलना में अधिक धीरे-धीरे फैलता है और इस प्रकार अधिक नियंत्रणीय होता है।

फॉस्फोरस जैसे नाइट्रोजन समूह के तत्वों के साथ शुद्ध सिलिकॉन अपमिश्रण करके अतिरिक्त अणु की संयोजन क्षमता को जोड़ा जाता है जो अलग-अलग परमाणुओं से असीमित हो जाते हैं और यौगिक को विद्युत प्रवाहकीय एन-प्रकार अर्धचालक होने की अनुमति देते हैं। बोरॉन समूह के तत्वों के साथ अपमिश्रण, जो चौथे वैलेंस इलेक्ट्रॉन को गायब कर रहे हैं, सिलिकॉन जाली में टूटे हुए बंधन (छेद) बनाते हैं जो स्थानांतरित करने के लिए स्वतंत्र हैं। नतीजा एक विद्युत प्रवाहकीय पी-प्रकार अर्धचालक है। इस संदर्भ में एक नाइट्रोजन समूह तत्व को एक इलेक्ट्रॉन दाता (अर्धचालक) के रूप में व्यवहार करने के लिए कहा जाता है और एक बोरॉन समूह तत्व एक स्वीकार्य (अर्धचालक) के रूप में व्यवहार करता है। p-n डायोड की भौतिकी में यह एक महत्वपूर्ण अवधारणा है।

एक बहुत भारी डोप्ड अर्धचालक एक अच्छे कंडक्टर (धातु) की तरह अधिक व्यवहार करता है और इस प्रकार अधिक रैखिक सकारात्मक तापीय गुणांक प्रदर्शित करता है। इस तरह के प्रभाव का उपयोग उदाहरण के लिए नियत्रंक मे किया जाता है। अपमिश्रण की कम खुराक का उपयोग अन्य प्रकार (एनटीसी या पीटीसी) थर्मिस्टर्स में किया जाता है।

सिलिकॉन मादक पदार्थ

• स्वीकारकर्ता, पी-प्रकार
  • बोरॉन एक स्वीकर्ता (अर्धचालक) पी-क्रममादक पदार्थ है। इसकी प्रसार दर जंक्शन गहराई के आसान नियंत्रण की अनुमति देती है। CMOS प्रौद्योगिकी में सामान्य दिबोराने गैस के प्रसार द्वारा जोड़ा जा सकता है। ट्रांजिस्टर और अन्य अनुप्रयोगों में अत्यधिक उच्च मादक पदार्थ सांद्रता की आवश्यकता वाले कुशल उत्सर्जकों के लिए पर्याप्त घुलनशीलता वाला एकमात्र स्वीकर्ता बोरॉन फॉस्फोरस जितनी तेजी से फैलता है।
  • एल्युमिनियम गहरे पी-प्रकार के लिए उपयोग किया जाता है। VLSI और ULSI में लोकप्रिय नहीं है और साथ ही एक आम अनजाने में अशुद्धता है।
  • गैलियम एक मादक पदार्थ है जिसका उपयोग 8–14 माइक्रोन वायुमंडलीय खिड़कीं मे बी-तरंग दैर्ध्य अवरक्त फोटोकंडक्शन सिलिकॉन डिटेक्टरों के लिए किया जाता है। गैलियम-डोप्ड सिलिकॉन सौर कोशिकाओं के लिए भी आशाजनक है। इसके लंबे अल्पसंख्यक वाहक जीवनकाल के कारण आजीवन गिरावट नहीं होती है। इस तरह यह सौर सेल अनुप्रयोगों के लिए बोरॉन डोप्ड सबस्ट्रेट्स के प्रतिस्थापन के रूप में महत्व प्राप्त कर रहा है।
  • इंडियम एक मादक पदार्थ है जिसका उपयोग 3–5 माइक्रोन वायुमंडलीय विंडो में लंबी-तरंग दैर्ध्य अवरक्त फोटोकंडक्शन सिलिकॉन डिटेक्टरों के लिए किया जाता है।
  • स्वीकारकर्ता, एन-प्रकार
  • फास्फोरस एक दाता (अर्धचालक) एन-क्रममादक पदार्थ है। यह तेजी से फैलता है इसलिए प्रायः बल्क अपमिश्रण के लिए या अच्छी तरह से गठन के लिए सौर सेल में उपयोग किया जाता है। फॉस्फीन गैस के विसरण द्वारा जोड़ा जा सकता है। एक परमाणु रिएक्टर में न्यूट्रॉन के साथ शुद्ध सिलिकॉन के विकिरण द्वारा परमाणु संक्रामण द्वारा बल्क अपमिश्रण प्राप्त किया जा सकता है। फास्फोरस सोने के परमाणुओं को भी फंसाता है जो अन्यथा जल्दी से सिलिकॉन के माध्यम से फैलता है और पुनर्संयोजन केंद्रों के रूप में कार्य करता है।
  • आर्सेनिक एक एन-क्रममादक पदार्थ है। इसका धीमा प्रसार विसरित जंक्शनों के लिए इसका उपयोग करने की अनुमति देता है। दबी हुई परतों के लिए उपयोग किया जाता है। सिलिकॉन के समान परमाणु त्रिज्या है और उच्च सांद्रता प्राप्त की जा सकती है। इसकी विसारकता फास्फोरस या बोरॉन के दसवें हिस्से के बारे में है इसलिए इसका उपयोग वहां किया जाता है जहां बाद के थर्मल प्रसंस्करण के दौरान मादक पदार्थ को जगह में रहना चाहिए। उथले प्रसार के लिए उपयोगी जहां अच्छी तरह से नियंत्रित आकस्मिक सीमा वांछित है। वीएलएसआई परिपथ में कम प्रतिरोधकता श्रेणियों में पसंदीदा मादक पदार्थ है।
  • एंटीमनी एक एन-प्रकार मादक पदार्थ है। इसका एक छोटा प्रसार गुणांक है और दबी हुई परतों के लिए उपयोग किया जाता है। आर्सेनिक के समान विसरणशीलता है इसको विकल्प के रूप में प्रयोग किया जाता है। इसका प्रसार वस्तुतः विशुद्ध रूप से संस्थागत है जिसमें कोई अंतराल नहीं है इसलिए यह विषम प्रभावों से मुक्त है। इस बेहतर संपत्ति के लिए इसे कभी-कभी आर्सेनिक के बजाय वीएलएसआई में प्रयोग किया जाता है। विधुत उपकरणों के लिए सुरमा के साथ भारी अपमिश्रण महत्वपूर्ण है। भारी एंटीमनी-डोप्ड सिलिकॉन में ऑक्सीजन की अशुद्धियों की कम सांद्रता होती है। न्यूनतम ऑटोअपमिश्रण प्रभाव इसे एपिटैक्सियल सबस्ट्रेट्स के लिए उपयुक्त बनाते हैं।
  • बिस्मथ लंबी-तरंग दैर्ध्य अवरक्त फोटोकंडक्शन सिलिकॉन डिटेक्टरों के लिए एक आशाजनक मादक पदार्थ है, जो पी-प्रकार गैलियम-डोप्ड सामग्री के लिए एक व्यवहार एन-प्रकार विकल्प है।
  • लिथियम का उपयोग विकिरण सख्त सौर कोशिकाओं के लिए अपमिश्रण सिलिकॉन के लिए किया जाता है। लिथियम की उपस्थिति प्रोटॉन और न्यूट्रॉन द्वारा निर्मित जाली में दोषों को दूर करती है। सामग्री के पी चरित्र को बनाए रखने के लिए लिथियम को बोरॉन-डोप्ड पी + सिलिकॉन में पेश किया जा सकता है या इसे कम-प्रतिरोधकता एन प्रकार के लिए काउंटरडोप करने के लिए पर्याप्त मात्रा में पेश किया जा सकता है।
• अन्य
  • जर्मेनियम का उपयोग बैंड गैप इंजीनियरिंग के लिए किया जा सकता है। जर्मेनियम परत एनीलिंग चरणों के दौरान बोरॉन के प्रसार को भी रोकता है जिससे अल्ट्राशैलो पी-एमओएसएफईटी जंक्शनों की अनुमति मिलती है। जर्मेनियम बल्क अपमिश्रण बड़े शून्य दोषों को दबा देता है और आंतरिक गटरिंग को बढ़ाता हैशऔर वेफर यांत्रिक शक्ति में सुधार करता है।
  • सिलिकॉन, जर्मेनियम और क्सीनन का उपयोग सिलिकॉन वेफर सतहों के पूर्व-अनाकार सिलिकॉन के लिए आयन बीम के रूप में किया जा सकता है। सतह के नीचे एक अक्रिस्टलीय परत का निर्माण पी-एमओएसएफईटी के लिए अल्ट्राशैलो जंक्शन बनाने की अनुमति देता है।
  • दोष मुक्त सिलिकॉन क्रिस्टल उगाने के लिए नाइट्रोजन महत्वपूर्ण है। जाली की यांत्रिक शक्ति में सुधार करता है। बल्क माइक्रोडेक्ट जनरेशन को बढ़ाता है और वैकेंसी एग्लोमरेशन को दबाता है।
  • अल्पसंख्यक वाहक आजीवन नियंत्रण के लिए सोने और प्लेटिनम का उपयोग किया जाता है। उनका उपयोग कुछ इन्फ्रारेड डिटेक्शन अनुप्रयोगों में किया जाता है। सोना वैलेंस बैंड के ऊपर एक दाता स्तर 0.35 eV और चालन बैंड के नीचे एक स्वीकर्ता स्तर 0.54 eV पेश करता है। प्लेटिनम वैलेंस बैंड के ऊपर 0.35 eV पर एक दाता स्तर भी पेश करता है लेकिन इसका स्वीकर्ता स्तर कंडक्शन बैंड के नीचे केवल 0.26 eV है। जैसा कि एन-प्रकार सिलिकॉन में स्वीकर्ता स्तर उथला है, स्पेस चार्ज जनरेशन रेट कम है और इसलिए लीकेज करंट भी गोल्ड अपमिश्रण की तुलना में कम है। उच्च इंजेक्शन स्तर पर प्लेटिनम आजीवन कमी के लिए बेहतर प्रदर्शन करता है। बाइपोलर उपकरणों की रिवर्स रिकवरी निम्न-स्तर के जीवनकाल पर अधिक निर्भर करती है और इसकी कमी सोने द्वारा बेहतर ढंग से की जाती है। गोल्ड तेजी से स्विचिंग बाइपोलर डिवाइस के लिए फॉरवर्ड वोल्टेज ड्रॉप और रिवर्स रिकवरी टाइम के बीच एक अच्छा ट्रेडऑफ प्रदान करता है। जहां बेस और कलेक्टर क्षेत्रों में संग्रहीत चार्ज को न्यूनतम किया जाना चाहिए। इसके विपरीत कई शक्ति ट्रांजिस्टरों में अच्छा लाभ प्राप्त करने के लिए एक लंबे अल्पसंख्यक वाहक जीवनकाल की आवश्यकता होती है और सोने/प्लैटिनम की अशुद्धियों को कम रखा जाना चाहिए।

अन्य अर्धचालक

निम्नलिखित सूची में (एक्स को प्रतिस्थापित करते हुए) उक्त कोष्ठक से पहले की सभी सामग्रियों को संदर्भित करता है।

• गैलियम आर्सेनाइड
  • एन-प्रकार: टेल्यूरियम, सल्फर (प्रतिस्थापन के रूप में) टिन, सिलिकॉन, जर्मेनियम
  • पी-प्रकार: बेरिलियम, जिंक, क्रोमियम सिलिकॉन, जर्मेनियम, कार्बन
• गैलियम फास्फाइड
  • एन-प्रकार: टेल्यूरियम, सेलेनियम, सल्फर (फॉस्फोरस को प्रतिस्थापित करना)
  • पी-प्रकार: जस्ता, मैग्नीशियम, टिन (पी को प्रतिस्थापित करना)
  • पी-ट: जिंक, मैग्नीशियम (गा को प्रतिस्थापित करना); टिन (पी को प्रतिस्थापित करना)
  • आइसोइलेक्ट्रिक: पुराने हरे प्रकाश उत्सर्जक डायोड (GaP में अप्रत्यक्ष बैंड गैप है) में ल्यूमिनेसेंस को सक्षम करने के लिए नाइट्रोजन (प्रतिस्थापन P) जोड़ा जाता है।
• गैलियम नाइट्राइड, इंडियम गैलियम नाइट्राइड, एल्यूमीनियम गैलियम नाइट्राइड
  • एन-प्रकार: सिलिकॉन, जर्मेनियम (बेहतर जाली मिलान), कार्बन (स्वाभाविक रूप से कम सांद्रता में MOVPE-विकसित परतों में एम्बेड करना)
  • पी-प्रकार: मैग्नीशियम - संयोजी बंध एज के ऊपर अपेक्षाकृत उच्च आयनीकरण ऊर्जा के कारण चुनौती, अंतरालीय तत्व एमजी का मजबूत प्रसार, एमजी स्वीकर्ता के हाइड्रोजन कॉम्प्लेक्स और उच्च सांद्रता पर एमजी स्व-क्षतिपूर्ति द्वारा)
• कैडमियम टेल्यूराइड
  • एन-प्रकार: इंडियम, एल्यूमीनियम (प्रतिस्थापन सीडी); क्लोरीन (ते को प्रतिस्थापित करना)
  • पी-प्रकार: फॉस्फोरस (ते को प्रतिस्थापित करना); लिथियम, सोडियम (प्रतिस्थापन सीडी)
• कैडमियम सल्फाइड
  • एन-प्रकार: गैलियम (प्रतिस्थापन सीडी); आयोडीन, फ्लोरीन (एस प्रतिस्थापन)
  • पी-प्रकार: लिथियम, सोडियम (प्रतिस्थापन सीडी)

मुआवजा

अधिकांश स्थितियों में परिणामी अपमिश्रित अर्धचालक में कई प्रकार की अशुद्धियाँ उपस्थित होंगी। यदि अर्धचालक में समान संख्या में दाता और स्वीकारकर्ता मौजूद हैं तो पूर्व द्वारा प्रदान किए गए अतिरिक्त कोर इलेक्ट्रॉनों का उपयोग बाद वाले के कारण टूटे हुए बंधनों को पूरा करने के लिए किया जाएगा ताकि अपमिश्रण किसी भी प्रकार के मुक्त वाहक का उत्पादन न करे। इस घटना को मुआवजे के रूप में जाना जाता है और अर्धचालक उपकरणों के विशाल बहुमत में p-n जंक्शन पर होता है।

आंशिक मुआवजा जहां दाताओं की संख्या स्वीकार करने वालों या इसके विपरीत अधिक होती है। डिवाइस निर्माताओं को बार-बार मादक पदार्थ की उच्च खुराक को फैलाने या प्रत्यारोपित करने के लिए बल्क अर्धचालक की सतह के नीचे एक निश्चित परत के प्रकार को उल्टा करने की अनुमति देता है जिसे 'काउंटरअपमिश्रण ' कहा जाता है। बल्क सिलिकॉन की सतह के नीचे आवश्यक P और N प्रकार के क्षेत्रों को बनाने के लिए अधिकांश आधुनिक अर्धचालक उपकरण क्रमिक चयनात्मक काउंटर अपमिश्रण चरणों द्वारा बनाए जाते हैं। यह क्रमिक रूप से इस तरह की परतों को एपिटॉक्सी द्वारा विकसित करने का एक विकल्प है।

हालांकि मुआवजे का उपयोग दाताओं या स्वीकारकर्ताओं की संख्या को बढ़ाने या घटाने के लिए किया जा सकता है, इलेक्ट्रॉन और छेद इलेक्ट्रॉन गतिशीलता हमेशा मुआवजे से कम हो जाती है क्योंकि गतिशीलता दाता और स्वीकार्य आयनों के योग से प्रभावित होती है।

प्रवाहकीय पॉलिमर में अपमिश्रण

Main article: Conductive polymer

प्रवाहकीय पॉलिमर को ऑक्सीकरण करने के लिए रासायनिक अभिकारकों को जोड़कर या कभी-कभी कम किया जा सकता है ताकि इलेक्ट्रॉनों को पहले से ही संभावित संचालन प्रणाली के भीतर परमाणु कक्षीय संचालन में धकेला जा सके। एक प्रवाहकीय बहुलक अपमिश्रण के दो प्राथमिक तरीके हैं जिनमें से दोनों एक ऑक्सीकरण-कमी (यानी, रिडॉक्स) प्रक्रिया का उपयोग करते हैं।

1. रासायनिक अपमिश्रण में एक बहुलक जैसे मेलेनिन आमतौर पर एक पतली फिल्म एक ऑक्सीडेंट जैसे आयोडीन या ब्रोमिन को उजागर करना सम्मिलित है। वैकल्पिक रूप से बहुलक को कम करने वाले एजेंट को संपर्क में लाया जा सकता है। यह विधि बहुत कम सामान्य है और प्रायः इसमें क्षार धातुएँ सम्मिलित होती हैं।
2. इलेक्ट्रोकेमिकल अपमिश्रण में एक इलेक्ट्रोलाइट समाधान में एक बहुलक-लेपित काम करने वाले इलेक्ट्रोड को निलंबित करना सम्मिलित है। जिसमें अलग-अलग काउंटर और संदर्भ इलेक्ट्रोड के साथ बहुलक अघुलनशील है। इलेक्ट्रोड के बीच एक विद्युत संभावित अंतर पैदा होता है जो चार्ज का कारण बनता है और इलेक्ट्रोलाइट से उचित काउंटर आयन इलेक्ट्रॉन जोड़ (यानी, एन-अपमिश्रण ) या हटाने (यानी, पी-अपमिश्रण ) के रूप में बहुलक में प्रवेश करता है।

एन-अपमिश्रण बहुत कम आम है क्योंकि पृथ्वी का वातावरण ऑक्सीजन युक्त है। इस प्रकार एक ऑक्सीकरण वातावरण बना रहा है। एक इलेक्ट्रॉन-समृद्ध, एन-डोप्ड बहुलक प्राथमिक ऑक्सीजन के साथ 'डी-डोप' (यानी, तटस्थ अवस्था में पुन: ऑक्सीकरण) बहुलक के साथ तुरंत प्रतिक्रिया करेगा। इस प्रकार रासायनिक एन-अपमिश्रण को अक्रिय गैस (जैसे, आर्गन) के वातावरण में किया जाना चाहिए। इलेक्ट्रोकेमिकल एन-अपमिश्रण अनुसंधान में कहीं अधिक सामान्य है क्योंकि एक सीलबंद प्रयोगशाला फ्लास्क में विलायक से ऑक्सीजन को बाहर करना आसान होता है। हालांकि यह संभावना नहीं है कि एन-डोप्ड प्रवाहकीय पॉलिमर व्यावसायिक रूप से उपलब्ध हैं।

कार्बनिक आणविक अर्धचालकों में अपमिश्रण

मेजबान के साथ प्रसंस्करण की उनकी संगतता यानी समान वाष्पीकरण तापमान या नियंत्रणीय घुलनशीलता के कारण आणविक अर्धचालकों को अपमिश्रण में आणविक मादक पदार्थ पसंद किया जाता है। इसके अतिरिक्त धातु आयन मादक पदार्थ (जैसे ली⁺ और मो⁶⁺) प्रायः फायदेमंद होते हैं, जो ओएलईडी और कार्बनिक सौर सेल जैसी बहुपरत संरचनाओं में उपयोग के लिए उत्कृष्ट स्थानिक कारावास प्रदान करते हैं। विशिष्ट पी-प्रकार मादक पदार्थ में F4-TCNQ सम्मिलित हैं और मो (टीएफडी)₃. हालांकि अपमिश्रण प्रवाहकीय पॉलिमर में आई समस्या के समान कम इलेक्ट्रॉन आत्मीयता (ईए) वाली सामग्री के लिए उपयुक्त वायु-स्थिर एन-मादक पदार्थ अभी भी मायावी हैं। हाल ही में क्लीवेबल डिमेरिक मादक पदार्थ के संयोजन के साथ फोटोएक्टिवेशन जैसे कि [RuCp^∗महीना]₂, कम-ईए सामग्री में प्रभावी एन-अपमिश्रण का एहसास करने के लिए एक नया रास्ता सुझाता है।

चुंबकीय अपमिश्रण

Main article: Magnetic semiconductor

चुंबकीय अपमिश्रण पर शोध से पता चला है कि अशुद्धता की छोटी सांद्रता से विशिष्ट गर्मी जैसे कुछ गुणों में काफी परिवर्तन प्रभावित हो सकता है। उदाहरण के लिए सेमीकंडक्टिंग लौह-चुंबकीय एलॉयज में मादक पदार्थ अशुद्धियां अलग-अलग गुण उत्पन्न कर सकती हैं जैसा कि पहले व्हाइट, होगन, सुहल और नाकामुरा द्वारा भविष्यवाणी की गई थी।

तनु चुंबकत्व प्रदान करने के लिए मादक पदार्थ तत्वों को सम्मिलित करने का चुंबकीय अर्धचालको के क्षेत्र में महत्व बढ़ रहा है। फैलाने वाली फेरोमैग्नेटिक प्रजातियों की उपस्थिति उभरती हुई स्पिंट्रोनिक्स की कार्यक्षमता के लिए महत्वपूर्ण है। सिस्टम की एक श्रेणी जो चार्ज के अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन स्पिन का उपयोग करती है। घनत्व कार्यात्मक सिद्धांत (डीएफटी) का उपयोग करके उम्मीदवार अर्धचालक प्रणालियों की पहचान करने के लिए दिए गए जाली के भीतर मादक पदार्थ के तापमान पर निर्भर चुंबकीय व्यवहार को तैयार किया जा सकता है।

अर्धचालकों में एकल मादक पदार्थ

मादक पदार्थ पर अर्धचालक के गुणों की संवेदनशील निर्भरता ने उपकरणों का पता लगाने और लागू करने के लिए ट्यून करने योग्य घटनाओं की एक विस्तृत श्रृंखला प्रदान की है। वाणिज्यिक उपकरण के प्रदर्शन के साथ-साथ अर्धचालक सामग्री के मौलिक गुणों पर अकेले मादक पदार्थ के प्रभावों की पहचान करना संभव है। नए अनुप्रयोग उपलब्ध हो गए हैं जिनके लिए एकल मादक पदार्थ के असतत चरित्र की आवश्यकता होती है, जैसे कि क्वांटम सूचना या सिंगल-मादक पदार्थ ट्रांजिस्टर के क्षेत्र में सिंगल-स्पिन डिवाइस। पिछले एक दशक में एकल मादक पदार्थ को नियंत्रित करने और हेरफेर करने के साथ-साथ उपन्यास उपकरणों में उनके आवेदन की दिशा में नाटकीय प्रगति ने सोलोट्रॉनिक्स (एकल मादक पदार्थ ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स) के नए क्षेत्र को खोलने की अनुमति दी है।

मॉड्यूलेशन अपमिश्रण

अपमिश्रण द्वारा प्रस्तुत किए गए इलेक्ट्रॉन या छेद मोबाइल हैं और उन्हें अलग-अलग मादक पदार्थ परमाणुओं से स्थानिक रूप से अलग किया जा सकता है। आयनित दाता और स्वीकर्ता हालांकि क्रमशः इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों को आकर्षित करते हैं इसलिए इस स्थानिक पृथक्करण के लिए मादक पदार्थ स्तरों, बैंड गैप (जैसे क्वांटम अच्छी तरह से) या अंतर्निर्मित विद्युत क्षेत्रों (जैसे सेंट्रोसिमेट्री क्रिस्टल के मामले में) के अचानक परिवर्तन की आवश्यकता होती है। इस तकनीक को मॉडुलन अपमिश्रण कहा जाता है और वाहक-दाता बिखराव को दबाने के कारण यह फायदेमंद है जिससे बहुत उच्च वाहक गतिशीलता प्राप्त की जा सकती है।

यह भी देखें

• बाह्य अर्धचालक
• आंतरिक अर्धचालक
• अर्धचालक सामग्री की सूची
• मोनोलेयर अपमिश्रण
• पी-एन जंक्शन

बाहरी संबंध

• Media related to डोपिंग (अर्धचालक) at Wikimedia Commons