Прогнозирование возможности и характера процесса эпитаксии. Диффузия в полубесконечное тело из ограниченного источника

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«Национальный исследовательский университет «МИЭТ»

Кафедра: Материалы функциональной электроники

Дисциплина: Физико-химические основы технологии интегральных микро- и наноструктур

Курсовая работа

Руководитель:

Выполнили: студенты группы ИТС-35,

и

Зеленоград-2017

Оглавление

1.  Теоретическая часть

1.1  Эпитаксия

1.2  Прогнозирование возможности и характера процесса эпитаксии

1.3  Параметры хлоридного процесса эпитаксии

1.4  Расчет технологических параметров процесса диффузии

1.4.1  Диффузия в полубесконечное тело из бесконечного источника

1.4.2  Диффузия в полубесконечное тело из ограниченного источника

2.  Практическая часть

2.1. Выбор легирующей примеси

2.2. Уход металлургической границы скрытого слоя

3.  Список литературы

Эпитаксия – процесс наращивания монокристаллических слоев на монокристаллических подложках. Монокристаллические подложки в процессе эпитаксиального наращивания выполняют ориентирующую роль заставки, на которой происходит кристаллизация. Основная особенность – слои и локальные области противоположного типа проводимости или с отличной от полупроводниковой пластины концентрацией примеси представляют собой новые образования над исходной поверхностью. В процессе роста эпитаксиальные слои легируют, т.е. в них вводят донорные или акцепторные примеси. Особенностью также является то, что появляется возможность получения высокоомных слоев полупроводника на низкоомных пластинах.

Прогнозирование возможности и характера процесса эпитаксии

Основные физико-химические факторы, которые оказывают влияние на характер взаимодействия веществ в процессе эпитаксии и тип диаграммы фазовых равновесий, весьма разнообразны, и возможность их полного учета затруднена.

Наиболее общей характеристикой, от которой зависит тип диаграммы состояния является величина теплоты (энергии) смешения взаимодействующих компонентов Е_см. Соотношение между Е_см обеих фаз и величиной kT (k ‑ постоянная Больцмана) является критерием типа диаграмм фазовых равновесий.

Прежде всего, положительное значение Е_см характеризует стремление компонентов системы к обособлению, а при Е_см ≥ 2kT наблюдается расслаивание (начиная с температуры T_р ≥ Е_см/2k). Отрицательное значение Е_см указывает на тенденцию к объединению (рис. 1.1).

Рис. 1.1 Типы диаграмм фазовых равновесий и вероятность протекания процессов эпитаксии

Критерии, используемые для теоретического построения диаграмм фазового равновесия, могут быть использованы для определения вероятности эпитаксии двух веществ. Так, например, критерии, указывающие на вероятность образования химических соединений в системе между двумя веществами, могут быть использованы как критерии невозможности процессов гетероэпитаксии. При полной несмешиваемости компонентов в твердом и жидком состоянии образования сплошного ПЭС, способного компенсировать несоответствие срастающихся решеток, не происходит, и вероятность срастания может быть определена только по структурно-геометрическому соответствию.

Если критерии, используемые для прогноза типа диаграмм состояния, указывают на возможность простого эвтектического взаимодействия и наличия некоторой растворимости в твердом состоянии, то можно с уверенностью предсказать возможность гетероэпитаксии при конденсации из газовой фазы или из молекулярного пучка в вакууме.

Процессы автоэпитаксии возможны практически для любых систем, однако распределение примеси в переходном эпитаксиальном слое будет различным в зависимости от эффективного коэффициента распределения.

Прогнозирование вероятности и характера процесса эпитаксии (протекающего, как правило, в неравновесных условиях) по диаграммам состояния взаимодействующих веществ осуществляют с учетом представлений о механизме фазовых превращений при изотермической диффузии компонентов и существовании переходного эпитаксиального слоя на границе раздела подложка – эпитаксиальный слой. Протяженность ПЭС определяется внешними факторами процесса эпитаксии и зависит от диаграммы состояния данной системы (рис. 1.2, а). Для того чтобы этот слой имел достаточно высокую степень совершенства кристаллической структуры, необходима взаимная растворимость срастающихся веществ и определенная температура процесса. ПЭС во многом похож на когерентные границы зерен. В нем возможно возникновение значительных механических напряжений. Если растворимость в твердом состоянии мала и не способна обеспечить когерентность перехода одной кристаллической решетки в другую, то для компенсации несоответствия в переходной области срастания возникает двух- или трехмерная сетка дислокаций.

Рис. 1.2 Формирование ПЭС при гетероэпитаксии