Электротехника \ Физико-химические основы технологии электронных средств

Изучение глубины залегания p-n перехода в диффузионных процессах, страница 2

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

Исходные данные

Элемент: In

Исходная концентрация доноров C = 5,0.1011м-3

Предельная растворимость примеси N0 = 1,0.1025м-3

Константа диффузии при T=1473K, D0 = 1,40.10-003м2/c

Энергия активации: 3,89 эВ

Элемент: Fe

Исходная концентрация доноров C = 5,0.1011м-3

Предельная растворимость примеси N0 = 2,0.1016м-3

Константа диффузии при T=1473K, D0 = 6,20.10-007м2/c

Энергия активации: 0,72 эВ

Элемент: B

Исходная концентрация доноров C = 5,0.1011м-3

Предельная растворимость примеси N0 = 1,0.1027м-3

Константа диффузии при T=1473K, D0 = 1,06.10-003м2/c

Энергия активации: 3,50 эВ

Результаты расчета

 


Температурная зависимость глубины залегания p-n перехода

Температура T, K

Глубина p-n перехода

In

Fe

B

900

0,0021077

18310

0,023083

1050

0,07299

34804

0,56107

1200

1,0402

56311

6,1343

1350

8,2049

81841

39,385

1500

42,786

1,1035E5

174,24

1650

165,15

1,4089E5

588

Рис. 3.1

Рис. 3.2

Рис. 3.3

 


Выводы: Легирование производится за одинаковые промежутки времени при разных температурах. С ростом температуры коэффициент диффузии увеличивается экспоненциально и, следовательно,  глубина залегания p-n перехода с ростом температуры экспоненциально возрастает. Если сравнить глубину залегания p-n перехода у индия, железа и бора при одинаковой температуре, то у железа она будет больше, а у индия меньше, главные причины этого такие же, как и в первой лабораторной работе.


ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №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: In

Исходная концентрация доноров C = 5,0.1011м-3

Предельная растворимость примеси N0 = 1,0.1025м-3

Константа диффузии при T=1473K, D0 = 1,40.10-003м2/c

Энергия активации: 3,89 эВ

Элемент: Fe

Исходная концентрация доноров C = 5,0.1011м-3

Предельная растворимость примеси N0 = 2,0.1016м-3

Константа диффузии при T=1473K, D0 = 6,20.10-007м2/c

Энергия активации: 0,72 эВ

Элемент: B

Исходная концентрация доноров C = 5,0.1011м-3

Предельная растворимость примеси N0 = 1,0.1027м-3

Константа диффузии при T=1473K, D0 = 1,06.10-003м2/c

Энергия активации: 3,50 эВ

Результаты расчета

Температурная зависимость глубины залегания p-n перехода

Температура T, K

Глубина p-n перехода

In

Fe

B

900

0,0011757

18246

0,012615

1050

0,042156

35391

0,31592

1200

0,61769

58169

3,5367

1350

4,9842

85613

23,147

1500

26,488

1,1663E5

104,05

1650

103,9

1,502E5

355,85

Рис. 4.1

Рис. 4.2

Рис. 4.3

Выводы: При росте температуры  глубина залегания p-n перехода экспоненциально увеличивается. Т. к. легирование производится из неограниченного источника, то при том же времени проведения диффузии примесь проникает на расстояние меньшее, чем при легировании из ограниченного источника. Это объясняется тем, что при диффузии из постоянного источника концентрация на границе не меняется, и примесь не успевает проникать в глубь объема (необходимо больше время на их распределение по объему).


ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5


Двухстадийная диффузия при разгонке из бесконечно тонкого слоя.

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

Исходные данные

Ваш вариант: 4

Ваша примесь: As

Удельное сопротивление R0: 0,1

Температура Т1: 900 0C

Температура Т2: 1000 0C

Время t1: 15 мин.

Время t2: 180 мин.

Коэффициент диффузии D1 при температуре T1: 9,1.10-15 см2/с

Коэффициент диффузии D2 при температуре T2: 8,2.10-14 см2/с

Предельная растворимость N0 для температуры T1: 1,0.1021 см-3

Глубина залегания p-n перехода: 1,786 мкм

Поверхностная плотность атомов N: 2,50134.1016 см-2

Результаты рассчета

Расчетные профили распределения для As:

после загонки

xp-n , мкм     С

0,00          9,1393.1020

0,10          1,5134.1019

0,20          5,5930.1014

после разгонки

xp-n , мкм     С


0,00          6,1221.1019

0,10          5,4684.1019

0,20          3,8971.1019

0,30          2,2159.1019

0,40          1,0052.1019

0,50          3,6384.1018

0,60          1,0507.1018

0,70          2,4208.1017

0,80          4,4501.1016

0,90          6,5268.1015

1,00          7,6374.1014

1,10          7,1304.1013

1,20          5,3113.1012

1,30          3,1566.1011

1,40          1,4967.1010

1,50          5,6624.108

1,60          1,7091.107

1,70          4,1159.105



Рис. 5.1

Выводы:  Под действием температуры на первой стадии мы получаем p-n переход, глубина залегания которого очень мала. В n области плотность доноров будет выше, а в p области наоборот. На второй стадии процесс распределения примеси по полупроводнику продолжается, что ведет к смещению p-n перехода вглубь кристалла. Из графика видно, что глубина залегания p-n перехода при разгонке намного больше глубины залегания при загонке. Практически можно считать, что после загонки примесь сосредоточена в тонком поверхностном слое. При такой малой толщине наличие профиля распределения можно не учитывать.

 P-n переходом считается плоскость, в области которой, концентрации доноров и акцепторов равны.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6

Двухстадийная диффузия при разгонке из слоя конечной толщины

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

Исходные данные

Ваш вариант: 4

Ваша примесь: As

Удельное сопротивление R0: 0,1

Температура Т1: 1000 0C

Температура Т2: 800 0C

Время t1: 15 мин.

Время t2: 180 мин.

Коэффициент диффузии D1 при температуре T1: 9,3.10-13 см2/с

Коэффициент диффузии D2 при температуре T2: 9,3.10-15 см2/с

Предельная растворимость N0 для температуры T1: 2,1.1020 см-3

Глубина залегания p-n перехода: 0,6013 мкм

Поверхностная плотность атомов N: 5,59747.1016 см-2

Результаты расчета

Расчетные профили распределения для As:

после загонки


xp-n , мкм     С

0,00          1,9193.1020

0,10          1,6793.1020

0,20          1,3841.1020

0,30          1,0747.1020

0,40          7,8605.1019

0,50          5,4159.1019

0,60          3,5152.1019

0,70          2,1492.1019

0,80          1,2378.1019

0,90          6,7160.1018

1,00          3,4325.1018

1,10          1,6526.1018

1,20          7,4953.1017

1,30          3,2023.1017

1,40          1,2888.1017

1,50          4,8862.1016

1,60          1,7451.1016

1,70          5,8710.1015

1,80          1,8607.1015

1,90          5,5549.1014


после разгонки

xp-n , мкм     С


0,00          5,5549.1014

0,10          1,2633.1020

0,20          1,2300.1020

0,30          1,1354.1020

0,40          9,9369.1019

0,50          8,2448.1019

0,60          6,4855.1019

0,70          4,8366.1019

0,80          3,4196.1019

0,90          2,2922.1019

1,00          1,4566.1019

1,10          8,7760.1018

1,20          5,0128.1018

1,30          2,7145.1018

1,40          1,3936.1018

1,50          6,7832.1017

1,60          3,1301.1017

1,70          1,3694.1017

1,80          5,6795.1016

1,90          2,2333.1016

2,00          8,3256.1015

2,10          2,9425.1015

Поверхностная концентрация примеси после разгонки:  1,6542.1020

Рис. 6.1

Выводы:  Под действием температуры на первой стадии мы получаем p-n переход. P-n переходом считается плоскость, в области которой, концентрации доноров и акцепторов равны, в n области плотность доноров будет выше, а в p области наоборот. На второй стадии процесс распределения примеси по полупроводнику продолжается, что ведет к смещению p-n перехода вглубь кристалла. Из графика видно, что глубины залегания p-n перехода после разгонки и после загонки сравнимы. В таком случае наличие профиля распределения нельзя не учитывать, так как в противном случае расчет будет неверен даже приближенно.

Скачать файл