同样是N型半导体，单晶硅中砷掺杂和磷掺杂有什么区别？在单晶硅中，砷（As）和磷（P）均为常用的 N 型掺杂剂（五价元素，提供自由电子），但由于原子结构、物理性质及工艺特性的差异，两者在掺杂效果和应用场景中存在明显区别。

• 磷（P）：原子半径约 1.06 Å，比硅（1.11 Å）略小，掺杂后对硅晶格的畸变较小，引入的应力较低，材料稳定性较好。
• 砷（As）：原子半径约 1.19 Å，大于硅，掺杂后会导致更大的晶格畸变，可能引入更多缺陷，影响载流子迁移率。

• 磷（P）：施主能级离导带底约 0.044 eV，电离能低，常温下几乎完全电离，载流子（电子）浓度与掺杂浓度接近。
• 砷（As）：施主能级离导带底约 0.049 eV，电离能略高，低温下电离不完全，载流子浓度略低于掺杂浓度，高温下（如 300 K 以上）电离效率接近磷。

• 磷掺杂的硅中，晶格畸变小，电子迁移率更高（约 1350 cm²/(V・s)）；
• 砷掺杂因晶格畸变和缺陷较多，电子迁移率略低（约 1300 cm²/(V・s)），但高浓度掺杂时差异缩小。

• 磷（P）：在硅中的扩散系数较大（如 1100℃时约 1e-13 cm²/s），高温下扩散速度快，适合形成深结（如双极晶体管的发射极）。
• 砷（As）：扩散系数较小（1100℃时约 1e-14 cm²/s），扩散速度慢，适合形成浅结（如 MOSFET 的源漏区、超浅结器件）。

• 磷（P）：在硅中的最大固溶度约为 1×10²¹ atoms/cm³；
• 砷（As）：固溶度更高，约为 2.2×10²¹ atoms/cm³，可实现更高浓度掺杂，适用于需要高电导率的欧姆接触层。

• 砷的原子质量（74.92 u）远大于磷（30.97 u），离子注入时射程更短，注入深度更浅，适合精确控制浅结深度；
• 磷注入深度较深，且因扩散系数大，结深控制难度更高。

• 毒性：两者的气态源（如 PH₃、AsH₃）均为剧毒，但 AsH₃的毒性更强（致死浓度更低），工艺处理需更严格的安全措施。
• 成本：磷源（如 PH₃）的制备和使用成本相对较低，工艺更成熟；砷源因毒性和处理难度，成本略高。