Предельная растворимость примесей в кремнии

🔥Мы профессиональная команда, которая на рынке работает уже более 5 лет и специализируемся исключительно на лучших продуктах.

У нас лучший товар, который вы когда-либо пробовали!

______________

✅ ️Наши контакты (Telegram):✅ ️

>>>НАПИСАТЬ ОПЕРАТОРУ В ТЕЛЕГРАМ (ЖМИ СЮДА)<<<

✅ ️ ▲ ✅ ▲ ️✅ ▲ ️✅ ▲ ️✅ ▲ ✅ ️

_______________

ВНИМАНИЕ! ВАЖНО!🔥🔥🔥

В Телеграм переходить только по ССЫЛКЕ что ВЫШЕ, в поиске НАС НЕТ там только фейки !!!

_______________

Предельная растворимость примесей в кремнии — Студопедия

Предельная растворимость примесей в кремнии

Купить закладку ханка, лирика Алмалык

Легирование — это процесс внедрения донорных или акцепторных примесей в исходный полупроводниковый материал. Этим материалом является или исходная пластина кремния, или эпитаксиальный слой. Общая диффузия осуществляется по всей поверхности полупроводниковой подложки. В результате диффузии в полупроводниковой пластине создаётся тонкий диффузионный слой, например, n -типа проводимости рис. Такой слой отличается от эпитаксиального неоднородным распределением примеси N х по глубине слоя рис. Локальная диффузия осуществляется на определенных участках пластины через окна в маске, например в слое SiO 2 рис. В результате этой, так называемой боковой диффузии участок p-n перехода выходящий на поверхность оказывается защищенным окислом SiO 2. Если обозначить глубину диффузионного слоя через L , то глубина боковой диффузии равна 0. Диффузию можно проводить в одну и ту же пластину не более трех раз. Для этого в эптаксиальный n -слой сначала на большую глубину проводится диффузия акцепторной примеси, при этом формируется базовая область будущего транзистора p -типа проводимости. Профиль распределения концентраций примесей по глубине полупроводника имеет вид, показанный на рис 1. Из рис. В противном случае тип проводимости полупроводника не изменится, значит, не образуется и p-n переход. Таким образом, для каждой последующей диффузии следует выбирать легирующую примесь которую в дальнейшем будем называть диффузант с большим значением предельной растворимости N s , чем в предыдущем случае. При этом руководствуются характеристиками примесей, используемыми при диффузионном легировании кремния, представленными в табл. Обычно вначале, в зависимости от типа проводимости подложки, проводят диффузию сурьмы, или бора, обладающих наименьшей предельной растворимостью N s в кремнии. Проведение диффузии. Температура максимальной растворимости, о С. Внедрение примесей обычно осуществляется с помощью газотранспортных реакций — так же, как при эпитаксии и окислении. В качестве газа-носителя, как правило, используется аргон. В случае твердых диффузантов используются двухзонные диффузионные печи. В такой печи имеются две высокотемпературные зоны: I и II рис. В первой зоне, имеющий более низкую температуру, помещается источник диффузанта. Во второй зоне с более высокой температурой 0 С помещаются пластины полупроводникового материала. Пары источника - диффузанта, полученные в первой зоне, примешиваются к потоку газа-носителя аргона. Вместе с ним они доходят до второй зоны, где расположены пластины кремния. Здесь атомы диффузанта внедряются в пластины, а другие состовляющие химического соединения уносятся газом-носителем из зоны. В случае жидких и газообразных источников диффузанта используются однозонные печи, в которых источник диффузанта уже поступает в газообразном состоянии. При использовании жидких источников диффузанта диффузию проводят в окислительной среде, добавляя к газу-носителю кислород. Кислород окисляет поверхность кремния, образуя окисел SiO 2 , являющийся кварцевым стеклом. В присутствии бора образуется боросиликатное стекло B 2 O 3 , а в присутствии фосфора - фосфорносиликатное стекло P 2 O 5. Из жидкой фазы проходит диффузия бора или фосфора. При застывании стекло защищает поверхность кремния в местах диффузии, то есть в окнах окисной маски. При использовании твердого диффузанта, в виде окисла B 2 O 3 , P 2 O 5 образование стекол происходит в процессе диффузии без специально вводимого кислорода. При использовании газообразного и жидкого диффузанта применяют однозонные печи, а в поток газа-носителя добавляют кислород. При застывании полученное стекло защищает поверхность подложки кремния. Закон распределения примеси по глубине подложки N x устанавливается из решения уравнений Фика Адольф Фик — немецкий физиолог, установивший законы диффузии в г. Первый закон Фика устанавливает связь между потоком диффундирующих частиц в единицу времени через единицу площади поверхности J и градиентом концентрации частиц. В одномерном случае первый закон Фика записывается в виде:. Решение уравнения диффузии из второго закона Фика 1. Практический интерес представляют два случая решения уравнения диффузии. Неограниченный источник примеси. Начальные и граничные условия для решения второго уравнения Фика следующие. Следовательно, на поверхности полупроводниковой подложки концентрация примеси поддерживается постоянной, а в объёме —стремится к нулю. Можно показать, что. Тогда выражение 1. Примеры графиков функции 1. Тогда уравнение 1. Из этого уравнения можно рассчитать глубину залегания p-n перехода, L 0 :. Технологом обычно решается обратная задача — как по заданной глубине залегания p-n перехода определить длительность диффузии, t 0 :. Ограниченный источник примеси создается путем введения в тонкий приповерхностный слой c глубиной h полупроводниковой подложки некоторого количества легирующей примеси, как показано на рис. Процесс создания ограниченного источника называется 'загонка', которая обычно осуществляется методом диффузии. На следующем этапе, который называется 'разгонка' примеси, источник диффузанта отключается, например, с помощью затвора. Температура в диффузионной печи поддерживается на прежнем уровне. При этом атомы примеси из ограниченного источника перераспределяются по глубине пластины при неизменном их общем количестве. В результате удаётся существенно уменьшить поверхностную концентрацию примеси, N s. Приближённое решение уравнения диффузии из ограниченного источника при указанных граничных условиях имеет следующий вид:. Это выражение является функцией Гаусса. Графики функции 1. Из выражения 1. В полупроводниковых ИС глубина p-n перехода, полученного диффузионным методом, обычно лежит в пределах мкм. Коэффициент диффузии. Коэффициент диффузии примеси зависит от температуры согласно закону Аррениуса Сванте Август Аррениус — выдающийся шведский физико-химик и астрофизик, открывший законы химической кинетики в г. Обычно зависимость 1. График зависимости 1. Этот график имеет вид прямой линии. Тангенс угла наклона линии можно рассчитать по формуле:. Значения энергии активации W а и коэффициентов диффузии D 0 основных примесей в кремнии приведены в таблице 1. Расчёт производственной погрешности глубины залегания диффузионного p-n перехода и температуры в диффузионной печи. С этой целью воспользуемся формулой 1. Поскольку , то. Учитывая, что величина коэффициента диффузии сильно зависит от температуры в печи для проведения диффузии, рассчитаем относительное отклонение коэффициента диффузии по формуле. Используя формулу 1. Следовательно, относительная погрешность коэффициента диффузии зависит от точности установки температуры в печи согласно выражению:. Следовательно, относительная погрешность ширины базы, полученная в процессе диффузии, будет определяться из выражения:. Рассмотрим далее, как влияет погрешность ширины базы на разброс величины коэффициента передачи тока эмиттера a. Зависимость коэффициента a от отношения ширины базы L Б к диффузионной длине носителей тока L рассчитывается по формуле:. Из формулы 1. Соответственно, согласно формуле 1. Расчёт по формуле 1. По формуле 1. Из сказанного ясна необходимость прецизионной регулировки температуры в печах. Допустимая нестабильность температуры составляет до 0,05 0 С то есть около 0. Поэтому применение диффузионного метда не обеспечивает воспроизводимых результатов при получении полупроводниковых приборов. Ионной имплантацией англ. Ion implantation называют метод легирования полупроводниковой пластины или эпитаксиального слоя путём бомбардировки ионами примеси, ускоренными до энергии, достаточной для их внедрения в глубь твердого тела. Этот процесс намного более точен, чем диффузионный метод легирования. Ионная имплантация применяется практически на каждой стадии легирования в технологии микрообработки при изготовлении микроэлектронных и наноэлекронных изделий. Ионизация атомов примеси, ускорение и фокусировка ионного пучка, осуществляется в специальных установках типа ускорителей частиц в ядерной физике. Упрощенная схема установки для ионной имплантации ИИ представлена на рис. Непременной частью установки для ионной имплантации является вакуумный насос для создания низкого давления менее 1 Па , обеспечивающего перемещение ионов с малым рассеянием на ионизированном газе и предотвращающего процесс нейтрализации ионов. Источник ионов 1 содержит газоразрядную камеру, находящуюся под высоким напряжением около 25 кВ и собственно источник ионов, содержащий ионную плазму частиц при давлении 1 Па или меньше. Ускоряющая и отклоняющая система установки ИИ построена на системе электродов Апертурные диафрагмы 6 — это разрешающие щели, через которые ионные частицы проходят в масс-спектрометр 7, а затем попадают в отклоняющие пластины 5. К отклоняющим пластинам приложено пилообразное напряжение, необходимое для сканирования ионного пучка и для обеспечения однородности внедрения ионов по площади мишени 8 :. Наличие в установке для ионной имплантации магнитного сепаратора масс-спектрометра 7 обеспечивает высокую чистоту легирования. Магнитный масс-спектрометр предназначен для отделения ненужных ионов от легирующих. Принцип действия магнитного сепаратора основан на взаимодействии магнитного поля, созданного в сепараторе, с движущимися ионами. В результате действия силы Лоренца ионы движутся по дуге окружности, радиус r , которой рассчитывается по формуле:. Поскольку радиус кривизны траектории r зависит от массы иона m , то это дает возможность настроить сепаратор таким образом, чтобы через его выходную щель проходили только ионы определенной массы. Диаметр ионного пучка составляет всего мм. Поэтому пучок сканируют по поверхности пластины, перемещая его по строкам пластины, как это условно показано на рис. Управление дозой при ИИ затруднено рядом факторов. Это наличие потока нейтральных частиц, обмен энергией ионов с молекулами газов, вторичная электронная эмиссия из мишени полупроводниковой подложки , эффект обратного ионного распыления. Для ликвидации последствий действия этих факторов используют следующие технические приемы. Для защиты от загрязнений поверхности кремния вследствие полимеризации углеводородов ионную имплантацию проводят через окисную пленку, которую затем удаляют. Главным преимуществом ионной имплантации являются низкая температура процесса, его хорошая контролируемость, малая толщина диффузионных слоев, составляющая всего 0. Типичный концентрационный профиль распределения примеси при имплантации ионов бора различных энергий в подложку из кремния приведен на рис. Среднее расстояние, проходимое внедряемым ионом до остановки в направлении, перпендикулярном к поверхности мишени, называют проекционной длиной пробега R p. Распределение примеси по глубине подложки аппроксимируется колоколообразным распределением Гаусса. Такой вид распределения связан с тем, что примеси, проникая вглубь кристалла, накапливаются вследствии поглощения лишь на определенной глубине R p от поверхности. Толщина имплантированного слоя оказывается тем больше, чем больше энергия бомбардирующих ионов. Верхний предел энергии ограничен величиной кэВ. Увеличение энергии ионов ведет к росту количества дефектов в кристалле. Это ухудшает свойства получаемого прибора. Нижнее значение энергии ионов равно кэВ. Концентрация примесей в имплантированном слое зависит от плотности тока в ионном пучке и времени процесса времени экспозиции. Это время состовляет от нескольких секунд до мин. Иногда требуется часа. В зависимости, с ростом времени экспозиции возрастает число радиционных дефектов. При этом имплантация проводится с малой энергией ионов. В результате разгонки происходит отжиг дефектов и прераспределение электрически активной примеси в приповерхностном слое полупроводника рис. Маски для ИИ могут быть изготовлены из любых материалов, используемых в технологии СБИС фоторезист, нитриды, окислы, поликремний. Ионы поглощаются маской и не достигают поверхности полупроводника. В открытых местах происходит внедрение примеси в поверхность как показано на рис. К недостаткам ионной имплантации относится трудность создания многослойной структуры. Поэтому этот метод легирования получил главное распространение при создании тонких одинарных слоев. В заключение отметим, что успешное применение ионной имплантации определяется главным образом возможностью предсказания и управления электрическими и механическими свойствами формируемых элементов при заданных условиях имплантирования. Для корректного теоретического расчета профиля, особенно для больших значений энергий пучков ионов, используют два объединенных распределения Гаусса. Легирование Легирование — это процесс внедрения донорных или акцепторных примесей в исходный полупроводниковый материал. Используют, в основном, два основных способа легирования: - диффузионное легирование; - ионная имплантация. По способу проведения различают общую и локальную диффузию. Таблица 1. Уравнения диффузии Закон распределения примеси по глубине подложки N x устанавливается из решения уравнений Фика Адольф Фик — немецкий физиолог, установивший законы диффузии в г. В одномерном случае первый закон Фика записывается в виде: , м -2 с -1 , 1. Для одномерного случая второй закон Фика выглядит следующим образом: , м -3 с -1 , 1. Решение уравнения диффузии для неограниченного источника диффузии имеет следующий вид: , 1. Граничные и начальные условия для ограниченного источника диффузии следующие. Приближённое решение уравнения диффузии из ограниченного источника при указанных граничных условиях имеет следующий вид: , 1. По углу наклона прямой находят значение энергии активации диффузии:. Зависимость коэффициента a от отношения ширины базы L Б к диффузионной длине носителей тока L рассчитывается по формуле: , 1. Ионная имплантация Ионной имплантацией англ. Ионная имплантация применяется практически на каждой стадии легирования в технологии микрообработки при изготовлении микроэлектронных и наноэлекронных изделий Ионизация атомов примеси, ускорение и фокусировка ионного пучка, осуществляется в специальных установках типа ускорителей частиц в ядерной физике. К отклоняющим пластинам приложено пилообразное напряжение, необходимое для сканирования ионного пучка и для обеспечения однородности внедрения ионов по площади мишени 8 : Наличие в установке для ионной имплантации магнитного сепаратора масс-спектрометра 7 обеспечивает высокую чистоту легирования. В результате действия силы Лоренца ионы движутся по дуге окружности, радиус r , которой рассчитывается по формуле: , м, 1. Ионная имплантация, так же как и диффузия может осуществляться в двух вариантах: -общая имплантация, когда облучается открытая поверхность пластины; -локальная избирательная имплантация.