Легирование выращенных кристаллов и объемных кристаллов из жидкой фазы. Пассивные и активные методы выравнивания состава кристалла, механическая подпитка расплава, изменение условий выращивания. Растворимость и взаимодействие между примесными ионами.
Возможны следующие способы легирования: 1) легирование уже выращенных кристаллов; 2) легирование кристаллов в процессе выращивания из жидкой фазы; 3) легирование кристаллов в процессе выращивания из газовой фазы. Легирование выращенных кристаллов осуществляется методом диффузии примеси из внешней газовой, жидкой или твердой фаз, методом радиационного легирования и методом ионной имплантации. Метод диффузии в технологии производства объемных легированных материалов не получил распространения изза малых скоростей диффузии в кристаллах. При облучении кристаллов полупроводников и диэлектриков ядерными частицами (нейтронами, протонами, ?-квантами и др.) в результате протекания ядерных реакций может происходить превращение части атомов основного вещества в атомы других химических элементов, которые отсутствовали ранее в веществе. Одним из недостатков ионной имплантации и метода радиационного легирования является одновременное с легированием образование в облучаемых кристаллах радиационных нарушений кристаллической решетки, что существенно изменяет электрофизические свойства материала.Рассмотрим особенности легирования кристаллов в процессе их выращивания из жидкой фазы. Навеска примеси pi, подлежащая введению в расплав или жидкую зону для получения в твердом кристалле концентрации Ni, рассчитывается по формуле, определяющей коэффициент разделения примеси. Тогда если скорость роста кристалла V больше, чем скорость выравнивания состава в жидкой фазе, то изза оттеснения примеси из твердой фазы в жидкую и замедленности диффузионных процессов установления равновесия в жидкой фазе концентрация примеси в расплаве у границы раздела будет возрастать. Накопление избытка примеси приведет к образованию перед движущимся фронтом кристаллизации диффузионного слоя ?, из которого примесь путем диффузии переходит в объем расплава. Таким образом, от равновесного коэффициента разделения K0 мы переходим к эффективному K и учитываем влияние условий выращивания на процессы легирования: K(f,D, ?) = K0/[K0 (1 - K0) exp(-V?/D)], (2) где D - коэффициент диффузии примеси в расплавеИз рассмотренного материала можно сделать вывод, что существует несколько факторов, вызывающих появление неоднородностей состава в растущем кристалле. Неоднородности по причинам их возникновения можно разделить на две группы: сегрегационные и технологические. Сегрегационные (или как их часто называют фундаментальные) связаны с закономерными изменениями состава растущего кристалла, обусловленными основными законами фазовых превращений в многокомпонентных системах. Они связаны с нарушениями стабильности условий роста кристаллов и охватывают небольшие объемы кристалла. Ясно, что технологические неоднородности могут быть устранены усовершенствованиями технологической аппаратуры для выращивания монокристаллов полупроводников и подбором оптимальных условий роста.Однородные кристаллы полупроводников проще всего получить, используя без всяких изменений обычные кристаллизационные процессы: нормальную направленную кристаллизацию и зонную плавку. Анализ кривых распределения примесей в этих процессах показывает, что наиболее равномерно легированная часть кристалла примыкает к одному из его концов, поэтому целесообразно для дальнейшей работы использовать именно эти части. При выращивании легированных кристаллов методом нормальной направленной кристаллизации состав исходного расплава обычно задают так, чтобы требуемая концентрация примеси оказалась в начале слитка. Оценка значения расчетного выхода с приемлемым (±10%) разбросом состава по длине слитка при выращивании легированных кристаллов методом нормальной направленной кристаллизации показала низкую эффективность этого метода для получения однородного материала (при K = 0.1 теоретический выход равен 10.5%). Анализ теоретического выхода процесса зонной плавки при этих условиях показал, что выход тем больше, чем коэффициент распределения ближе к 1; он возрастает с увеличением приведенной длины кристаллаЭти методы служат для повышения выхода материала с равномерным распределением примеси. Первая - включает методы, в которых с целью поддержания концентрации примеси в расплаве в течение всего процесса выращивания монокристалла постоянно проводят подпитку расплава либо нелегированной твердой, жидкой или паровой фазой (если K 1). Система процесса выращивания однородного кристалла в наиболее общем виде включает в себя следующие элементы: растущий кристалл, расплав и поступающую в него подпитывающую массу.Для того, чтобы получить математическое выражение, описывающее процесс выравнивания состава в данном методе, необходимо составить уравнение баланса примеси в расплаве и приравнять изменение концентрации примеси нулю. Из этого уравнения для любого варианта механической подпитки расплава опускающимся стержнем легко найти условия, обеспечивающие получение однородного кристалла. Однако этот метод имеет определенные преимущества: а) возникающие в расплаве концентрационные и тепловые потоки симметричны; б) процесс выращивания проводится
План
Содержание
1. Легирование выращенных кристаллов
2. Легирование объемных кристаллов из жидкой фазы
3. Методы выравнивания состава вдоль кристалла
3.1 Пассивные методы выравнивания состава
3.2 Активные методы выравнивания состава кристаллов
3.3 Механическая подпитка расплава
3.4. Изменение условий выращивания
4. Растворимость примесей
4.1 Взаимодействие примесей, связанное с электронно-дырочным равновесием
4.2 Взаимодействие между примесными ионами, приводящее к образованию нейтральных пар, устойчивых при низких температурах
4.3 Взаимодействие между примесными ионами, приводящее к образованию комплексов, устойчивых в широком интервале температур
Список литературы
1.
Список литературы
1) Горелик С.С., Дашевский М.Я. Материаловедение полупроводников и металловедение. - М., 2008.
2) Медведев С.А. Введение в технологию полупроводниковых материалов. - М.: Высшая школа, 2004.
3) Омельяновский Э.М., Фистуль В.И. Примеси переходных металлов в полупроводниках. - М., 2003.
4) Таиров Ю.М., Цветков В.Ф. Технология полупроводниковых и диэлектрических материалов. - М.: Высшая школа, 2007.
5) Остробородова В.В. Основы технологии и материаловедения полупроводников. - M.: Изд. Моск. ун-та, 2008.
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
