Атомная диффузия в полупроводниковых структурах, страница 3

Выводы: По результатам данной лабораторной работы, можно сделать выводы о том, что глубина залегания p-n перехода возрастает экспоненциально с ростом температуры, так как коэффициент диффузии тоже возрастает экспоненциально с ростом температуры. В результате лабораторной работы мы  убедились, что наибольшая глубина залегания p-n перехода оказалась при легировании бором, а наименьшая при легировании индием (это зависит от константы диффузии, от предельной растворимости примеси и от энергии активации).

 

Лабораторная №4

Диффузия из источника постоянной концентрации при постоянном времени проведения процесса (t=24час).

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

Исходные данные

Элемент B

Исходная концентрация доноров C = 1,0E+16

Предельная растворимость примеси N0 = 1E27

Константа диффузии при T=1473K, D0 = 10,6E-4

Энергия активации в эВ: 3,50

Элемент Ga

Исходная концентрация доноров C = 1,0E+16

Предельная растворимость примеси N0 = 1E24

Константа диффузии при T=1473K, D0 = 0,05

Энергия активации в эВ: 4,15

Элемент In

Исходная концентрация доноров C = 1,0E+16

Предельная растворимость примеси N0 = 1E25

Константа диффузии при T=1473K, D0 = 1,4E-3

Энергия активации в эВ: 3,89

Температурная зависимость глубины p-n перехода

Температура T, K	Глубина p-n перехода
	B	Ga	In
900	0,0084726	0,00088419	0,00078967
1050	0,21218	0,040271	0,028314
1200	2,3754	0,70605	0,41486
1350	15,547	6,5504	3,3475
1500	69,881	38,923	17,79
1650	239	167,28	69,781

Температурная зависимость глубины p-n перехода для B

Температурная зависимость глубины p-n перехода для Ga

Температурная зависимость глубины p-n перехода для In

Выводы: По результатам данной лабораторной работы, можно сделать выводы о том, что глубина залегания p-n перехода возрастает экспоненциально с ростом температуры, так как коэффициент диффузии тоже возрастает экспоненциально с ростом температуры. Но поскольку легирование производится из неограниченного источника, то примесь не может проникнуть вглубь объёма на большое расстояние.  В результате лабораторной работы мы  убедились, что наибольшая глубина залегания p-n перехода оказалась при легировании бором, а наименьшая при легировании индием.

Лабораторная работа №5

Двухстадийная диффузия при разгонке из бесконечно тонкого слоя.

Цель: Изучение двухстадийной диффузии. Исследование профилей распределения примеси при двухстадийной диффузии.

Исходные данныеВаш вариант: 1

Ваша примесь: Алюминий-тип проводимости "n"

Удельное сопротивление Ro : 10

Температура Т1,[C]: 700

Температура Т2,[C]: 800

Время t1,[мин]: 15

Время t2,[мин]: 180

Коэффициент диффузии D1 для температуры T1[см*см/c]: 9,2E-15

Коэффициент диффузии D2 для температуры T2[см*см/c]: 9,3E-14

Предельная растворимость N0 для температуры T1[см*E-3]: 8E18

Глубина залегания p-n перехода: 1,902 мкм

Поверхностная плотность атомов N [см*Е-2] 1,774E+14

Расчетные профили распределения: Алюминий-тип проводимости "n" после загонки

X [мкм]: 0,00 С заг.: 7,31E+18

X [мкм]: 0,10 С заг.: 1,26E+17

X [мкм]: 0,20 С заг.: 5,17E+12

ЕСТЬ ЗАГОНКА!

Расчетные профили распределения Алюминий-тип проводимости "n" после разгонки

X [мкм]: 0,00 С разг.: 4,62E+17

X [мкм]: 0,10 С разг.: 4,19E+17

X [мкм]: 0,20 С разг.: 3,11E+17

X [мкм]: 0,30 С разг.: 1,89E+17

X [мкм]: 0,40 С разг.: 9,40E+16

X [мкм]: 0,50 С разг.: 3,84E+16

X [мкм]: 0,60 С разг.: 1,28E+16

X [мкм]: 0,70 С разг.: 3,52E+15

X [мкм]: 0,80 С разг.: 7,90E+14

X [мкм]: 0,90 С разг.: 1,45E+14

X [мкм]: 1,00 С разг.: 2,19E+13

X [мкм]: 1,10 С разг.: 2,71E+12

X [мкм]: 1,20 С разг.: 2,75E+11

X [мкм]: 1,30 С разг.: 2,28E+10

X [мкм]: 1,40 С разг.: 1,55E+9

X [мкм]: 1,50 С разг.: 8,63E+7

X [мкм]: 1,60 С разг.: 3,94E+6

X [мкм]: 1,70 С разг.: 1,48E+5

X [мкм]: 1,80 С разг.: 4,52E+3

X [мкм]: 1,90 С разг.: 1,14E+2

Расчетные профили распределения примеси после загонки (синий) и после разгонки (красный)

Выводы:  По результатам данной лабораторной работы, можно сделать выводы о том, что условие  у нас полностью выполняется. А значит форма профиля распределения примеси, полученная на стадии загонки, не влияет на профиль распределения после разгонки, так как глубины залегания примесей по координате несопоставимы. Это хорошо видно из рисунка.

Лабораторная работа №6

Двухстадийная диффузия при разгонке из слоя конечной толщины

Цель: Изучение двухстадийной диффузии. Исследование профилей распределения примеси при двухстадийной диффузии.

Исходные данныеВаш вариант: 9

Ваша примесь: Алюминий-тип проводимости "n"

Удельное сопротивление Ro : 10

Температура Т1,[C]: 800

Температура Т2,[C]: 700

Время t1,[мин]: 15

Время t2,[мин]: 180

Коэффициент диффузии D1 для температуры T1[см*см/c]: 9,3E-14

Коэффициент диффузии D2 для температуры T2[см*см/c]: 9,2E-15

Предельная растворимость N0 для температуры T1[см*E-3]: 1E19

Глубина залегания p-n перехода : 0,5981 мкм

Поверхностная плотность атомов N [см*Е-2] 7,539E+14

Расчетные профили распределения: Алюминий-тип проводимости "n" после загонки

X [мкм]: 0,00 С заг.: 9,14E+18

X [мкм]: 0,05 С заг.: 7,20E+18

X [мкм]: 0,10 С заг.: 4,88E+18

X [мкм]: 0,15 С заг.: 2,85E+18

X [мкм]: 0,20 С заг.: 1,44E+18

X [мкм]: 0,25 С заг.: 6,23E+17

X [мкм]: 0,30 С заг.: 2,32E+17

X [мкм]: 0,35 С заг.: 7,47E+16

X [мкм]: 0,40 С заг.: 2,07E+16

X [мкм]: 0,45 С заг.: 4,93E+15

X [мкм]: 0,50 С заг.: 1,01E+15

X [мкм]: 0,55 С заг.: 1,79E+14

Расчетные профили распределения Алюминий-тип проводимости "n" после разгонки

ЕСТЬ ЗАГОНКА!

Поверхностная концентрация примеси после разгонки: 4,73E+18

X [мкм]: 0,00 С заг.: 1,79E+14

X [мкм]: 0,05 С заг.: 4,30E+18

X [мкм]: 0,10 С заг.: 4,16E+18

X [мкм]: 0,15 С заг.: 3,76E+18

X [мкм]: 0,20 С заг.: 3,17E+18

X [мкм]: 0,25 С заг.: 2,49E+18

X [мкм]: 0,30 С заг.: 1,83E+18

X [мкм]: 0,35 С заг.: 1,26E+18

X [мкм]: 0,40 С заг.: 8,08E+17

X [мкм]: 0,45 С заг.: 4,84E+17

X [мкм]: 0,50 С заг.: 2,71E+17

X [мкм]: 0,55 С заг.: 1,42E+17

X [мкм]: 0,60 С заг.: 6,92E+16

X [мкм]: 0,65 С заг.: 3,15E+16

X [мкм]: 0,70 С заг.: 1,34E+16

X [мкм]: 0,75 С заг.: 5,34E+15

X [мкм]: 0,80 С заг.: 1,98E+15

Расчетные профили распределения примеси после загонки(синий) и после разгонки (красный)

Выводы:  По результатам данной лабораторной работы, можно сделать выводы о том, что условие  у нас не выполняется. Так как произведение коэффициента диффузии при загонке на время загонки приближенно равно произведению коэффициента диффузии при разгонке на время разгонки.  А если условие не выполняется, то глубина диффузии на стадии загонки, сравнима с глубиной диффузии на стадии разгонки. Поэтому нельзя считать, что вторая стадия диффузии (стадия разгонки) реализуется из бесконечно тонкого слоя. В конечном счете, получается комбинированное распределение, которое определяется решением уравнения второго закона диффузии для слоя конечной толщины. А поскольку в лабораторной работе №3 загонка происходила при большей температуре, чем в лабораторной работе №6, то примесь глубже проникает в объём, и из-за этого нет сильной разницы в полученных графиков.