Изучение процесса диффузии в полупроводниках, страница 2

Цель: Изучение процессов диффузии и временной зависимости глубины залегания p-n перехода.

Исходные данные

Температура легирования - 1473K;

Исходный материал - кремний n -типа;

Результаты вычислений

Диффузант

Алюминий (Al)

Исходная концентрация доноров C = 5,0.1011м-3

Предельная растворимость примеси N0 = 1,5.1025м-3

Константа диффузии при T=1473K, D0 = 8,00.10-4м2/c

Энергия активации: 3,77 эВ

Исходная концентрация доноров C = 5,0.1011м-3

Временная зависимость глубины залегания p-n перехода

Диффузант

Железо (Fe)

Исходная концентрация доноров C = 5,0.1011м-3

Предельная растворимость примеси N0 = 2,0.1016м-3

Константа диффузии при T=1473K, D0 = 6,20.10-7м2/c

Энергия активации: 0,72 эВ

Исходная концентрация доноров C = 5,0.1011м-3

Временная зависимость глубины залегания p-n перехода

Диффузант

Индий (In)

Исходная концентрация доноров C = 5,0.1011м-3

Предельная растворимость примеси N0 = 1,0.1025м-3

Константа диффузии при T=1473K, D0 = 1,40.10-3м2/c

Энергия активации: 3,89 эВ

Исходная концентрация доноров C = 5,0.1011м-3

Временная зависимость глубины залегания p-n перехода

Выводы:

В ходе выполнения данной лабораторной работы были изучены процесс диффузии и временная зависимость глубины залегания p-n перехода. Проводилось легирование тремя элементами: золото, алюминий и бор. Все три элемента диффундировали при одинаковых условиях. Но глубина залегания p-n перехода в этих трех образцах разная. Анализируя, эти три графика видно, что наибольшая глубина залегания p-n перехода у бора, а наименьшая - у золота. Золото, по сравнению с бором и алюминием, имеет большую атомную массу, а это значит, что атомам золота будет сложно проникать в полупроводник, таким образом, глубина залегания p-n перехода у золота будет небольшой.

Глубина залегания p-n перехода зависит от  константы диффузии (а константа диффузии зависит  от энергии активации, т. е. чем меньше Еа, тем меньше Di), а чем меньше будет константа диффузии тем больше будет глубина залегания р-n перехода, а также  глубина р-n перехода зависит и от предельной растворимости примеси, т. е. чем она меньше, тем меньше глубина.  У золота глубина р-n перехода меньше чем у бора, несмотря на то, что константа диффузии у бора больше чем у золота. Так как золото диффундирует, в отличие от других металлов, слоями (принцип диффузии у золота похож на песок, скатывающийся по гладкой поверхности.)


ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2

Изучение температурной зависимости глубины залегания p-n перехода при постоянном времени (ограниченный источник)

Цель Изучение процессов диффузии и температурной зависимости глубины залегания p-n

Исходные данные

Время легирования - 24 часа;

Исходный материал - кремний n -типа;

Результаты вычислений

Диффузант

Алюминий (Al)

Исходная концентрация доноров C = 5,0.1011м-3

Предельная растворимость примеси N0 = 1,5.1025м-3

Константа диффузии при T=1473K, D0 = 8,00.10-4м2/c

Энергия активации: 3,77 эВ

Исходная концентрация доноров C = 5,0.1011м-3

Временная зависимость глубины залегания p-n перехода

Диффузант

Железо (Fe)

Исходная концентрация доноров C = 5,0.1011м-3

Предельная растворимость примеси N0 = 2,0.1016м-3

Константа диффузии при T=1473K, D0 = 6,20.10-7м2/c

Энергия активации: 0,72 эВ

Исходная концентрация доноров C = 5,0.1011м-3

Временная зависимость глубины залегания p-n перехода

Диффузант

Индий (In)

Исходная концентрация доноров C = 5,0.1011м-3

Предельная растворимость примеси N0 = 1,0.1025м-3

Константа диффузии при T=1473K, D0 = 1,40.10-3м2/c

Энергия активации: 3,89 эВ

Исходная концентрация доноров C = 5,0.1011м-3

Временная зависимость глубины залегания p-n перехода

Выводы:

Легирование производится при разных температурах. С ростом температуры коэффициент диффузии увеличивается экспоненциально (по закону Аррениуса) и, следовательно,  глубина залегания p-n перехода с ростом температуры экспоненциально возрастает. Если сравнить глубину залегания p-n перехода у золота, бора и алюминия при одинаковой температуре, то у бора она будет большей, а у золота наименьшей, главные причины этого такие же, как и в первой лабораторной работе, т. е. масса атома золота наибольшая из данных элементов, значит проникать в полупроводник ему будет труднее и глубина залегания р-n перехода будет меньше, чем у бора и алюминия.


ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3

Изучение временной зависимости глубины залегания p-n перехода при при постоянной температуре (источник постоянной концентрации)

Цель: Изучение процессов диффузии и временной зависимости глубины залегания p-n перехода

Исходные данные

Температура легирования - 1473K;

Исходный материал - кремний n -типа;

Результаты вычислений

Диффузант

Алюминий (Al)

Исходная концентрация доноров C = 5,0.1011м-3

Предельная растворимость примеси N0 = 1,5.1025м-3

Константа диффузии при T=1473K, D0 = 8,00.10-4м2/c

Энергия активации: 3,77 эВ

Исходная концентрация доноров C = 5,0.1011м-3

Временная зависимость глубины залегания p-n перехода

Диффузант

Железо (Fe)

Исходная концентрация доноров C = 5,0.1011м-3

Предельная растворимость примеси N0 = 2,0.1016м-3

Константа диффузии при T=1473K, D0 = 6,20.10-7м2/c

Энергия активации: 0,72 эВ

Исходная концентрация доноров C = 5,0.1011м-3

Временная зависимость глубины залегания p-n перехода

Диффузант

Индий (In)

Исходная концентрация доноров C = 5,0.1011м-3

Предельная растворимость примеси N0 = 1,0.1025м-3

Константа диффузии при T=1473K, D0 = 1,40.10-3м2/c

Энергия активации: 3,89 эВ

Исходная концентрация доноров C = 5,0.1011м-3

Временная зависимость глубины залегания p-n перехода

Выводы:

Так же как и в первой лабораторной работе, глубина залегания p-n перехода главным образом определяется предельной растворимостью примеси, поэтому она наибольшая у бора. Наименьшая глубина залегания у золота. Но результаты данной лабораторной работы отличаются от результатов первой - глубина залегания p-n перехода при одинаковых легирующих примесях в третьей работе меньше. Это можно объяснить тем, что в данной лабораторной работе  легирование производится из неограниченного источника, следовательно, концентрация примеси на границе не изменяется и требуется большее время для  перераспределения примесей по объему.


ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4

Изучение временной зависимости глубины залегания p-n перехода при постоянном времени (источник постоянной концентрации)

Цель

: Изучение процессов диффузии и температурной зависимости глубины залегания p-n перехода Исходные данные

Время легирования - 24 часа;

Исходный материал - кремний n -типа;

Результаты вычислений

Диффузант

Алюминий (Al)

Исходная концентрация доноров C = 5,0.1011м-3

Предельная растворимость примеси N0 = 1,5.1025м-3

Константа диффузии при T=1473K, D0 = 8,00.10-4м2/c

Энергия активации: 3,77 эВ

Исходная концентрация доноров C = 5,0.1011м-3

Временная зависимость глубины залегания p-n перехода

Диффузант

Железо (Fe)

Исходная концентрация доноров C = 5,0.1011м-3

Предельная растворимость примеси N0 = 2,0.1016м-3

Константа диффузии при T=1473K, D0 = 6,20.10-7м2/c

Энергия активации: 0,72 эВ

Исходная концентрация доноров C = 5,0.1011м-3

Временная зависимость глубины залегания p-n перехода

Диффузант

Индий (In)

Исходная концентрация доноров C = 5,0.1011м-3