РЕФЕРАТ
з дисципліни: В«МатеріалознавствоВ»
на тему:
В«Легування напівпровідникових матеріалів В»
Ростов-на-Дону
2010
З одержание
1. Легування вирощених кристалів
2. Легування об'ємних кристалів з рідкої фази
3. Методи вирівнювання складу уздовж кристала
3.1 Пасивні методи вирівнювання складу
3.2 Активні методи вирівнювання складу кристалів
3.3 Механічна підживлення розплаву
3.4. Зміна умов вирощування
4. Розчинність домішок
4.1 Взаємодія домішок, пов'язане з електронно-дірковий рівновагою
4.2 Взаємодія між домішковими іонами, що приводить до утворення нейтральних пар, стійких при низьких температурах
4.3 Взаємодія між домішковими іонами, що приводить до утворення комплексів, стійких в широкому інтервалі температур
Список літератури
1. легування вирощених кристалів
Для виготовлення багатьох напівпровідникових приладів необхідний легований матеріал. Можливі наступні способи легування: 1) легування вже вирощених кристалів; 2) легування кристалів у процесі вирощування з рідкої фази; 3) легування кристалів у процесі вирощування з газової фази.
Легування вирощених кристалів здійснюється методом дифузії домішки з зовнішньої газової, рідкої або твердої фаз, методом радіаційного легування і методом іонної імплантації. Метод дифузії в технології виробництва об'ємних легованих матеріалів не набув поширення через малих швидкостей дифузії в кристалах. Проте самі процеси дифузії відіграють велику роль в технології отримання та обробки напівпровідникових матеріалів та створенні приладів на їх основі.
Суть же радіаційного (або трансмутаціонного) методу легування вирощених кристалів зводиться до наступного. При опроміненні кристалів напівпровідників і діелектриків ядерними частинками (нейтронами, протонами, Оі-квантами та ін) в результаті протікання ядерних реакцій може відбуватися перетворення частини атомів основної речовини в атоми інших хімічних елементів, які були відсутні раніше в речовині. Наприклад, при опроміненні Si повільними нейтронами утворюється нестабільний ізотоп 31 Si, який, розпадаючись з періодом напіврозпаду 2.6 години, перетворюється на стабільний ізотоп 31 P. Ці явища знаходять все більш широке застосування для однорідного легування вирощених кристалів. Неоднорідність питомого опору при радіаційному легуванні не перевищує 1% на глибині 50 мм. Це значно перевершує ступінь однорідності легування кристалів іншими методами. В Нині найбільше практичне застосування при радіаційному легуванні набуло використання теплових нейтронів.
Іонної імплантацією називають процес впровадження в кристал іонізованих атомів з енергією, достатньою для проникнення в його приповерхневі області. В даний час в електронній промисловості іонна імплантація найбільш широко застосовується для іонного легування кремнію при виготовленні напівпровідникових приладів. Енергія легуючих іонів (бору, фосфору або миш'яку) зазвичай становить 3-500 кеВ, що достатньо для їх імплантації в приповерхневій області кремнієвої підкладки на глибину 10-1000 нм. Глибина залягання імплантованою домішки, яка пропорційна енергії іонів, може бути обрана виходячи з вимог конкретного застосування імплантованою структури. Основною перевагою технології іонної імплантації є можливість точного управління кількістю впроваджених атомів домішки. Потрібну концентрацію легуючої домішки (в кремнії в діапазоні 10 14 -10 21 см - 3 ) отримують після відпалу мішені. Крім того, можна легко керувати профілем розподілу впроваджених іонів по глибині підкладки. Процес іонної імплантації, що проводиться у вакуумі, відноситься до категоріі.чістих і сухих. процесів.
Одним з недоліків іонної імплантації та методу радіаційного легування є одночасне з легуванням освіту в опромінюваних кристалах радіаційних порушень кристалічної решітки, що істотно змінює електрофізичні властивості матеріалу. Тому необхідною стадією процесу при отриманні іонно-легованих і радіаційно-легованих кристалів є термообробка (відпал) матеріалу після опромінення. Відпал іонно-імплантованих шарів проводиться для активування імплантованих атомів, зменшення дефектів кристалічної структури, що утворюються при іонній імплантації та радіаційному легуванні, і в кінцевому рахунку, для створення області із заданим законом розподілу легуючої домішки і певною геометрією. Іншими недоліками даного методу легування є вартість опромінення і необхідність дотримання заходів радіаційної безпеки.
Тим не менше іонна імплантація та радіаційне легування кристалів зараз - важливі і швидко розвиваються галузі технології напівпровідників. Так як іонна імплантація забезпечує більш точний контроль загальної дози легуючої домішки в діапазоні 10 1 1-10 16 см 2 , там, де це можливо, нею замінюють процеси дифузійного легування. Дуже інтенсивно іонна імплантація використовується для формування надвеликих інтегральних схем. Метод радіаційного легування використовується для отримання кремнію, необхідного для виробництва силових приладів, де в якості головного вимоги виступає висока однорідність розподілу домішок в кристалі.
Метод радіаційного легування також знаходить все більше застосування і для легування інших напівпровідникових матеріалів. Так, їм здійснюють легування Ge галієм і миш'яком, InSb оловом, GaAs германієм і селеном і т. д.
2. Легування об'ємних кристалів з рідкої фази
Розглянемо особливості легування кристалів у процесі їх вирощування з рідкої фази. Широко застосовуваним методом отримання легованих монокристалів напівпровідників є вирощування їх з розплаву, до якого додана потрібна домішка.
Загальні принципи такого легування полягають у наступному. Навішування домішки p i , підлягає введенню в розплав або рідку зону для отримання в твердому кристалі концентрації N i , розраховується за формулою, що визначає коефіцієнт поділу домішки.
K 0 = C S / C L = N i M i V L / N A p i ,
p i = N i M i V L / K 0 N A , (1)
де M i - атомна вага домішкового елемента, N A - число Авогадро, V L - обсяг розплаву.
При виборі домішок для легування необхідно враховувати величину коефіцієнта поділу і її зміна при зміні умов вирощування. Ці фактори є надзвичайно важливими для отримання монокристалів з рівномірним розподілом домішок через принципову однократності процесу легування і неможливості виправлення помилок у дозуванні домішки.
Нехай, для визначеності, K 0 <1. Тоді якщо швидкість росту кристала V більше, ніж швидкість вирівнювання складу в рідкій фазі, то через відтискування домішки з твердої фази в рідку і сповільненості дифузійних процесів встановлення рівноваги в рідкій фазі концентрація домішки в розплаві біля кордону розділу буде зростати.
Накопичення надлишку домішки призведе до утворення перед рухомим фронтом кристалізації дифузійного шару Оґ, з якого домішку шляхом дифузії переходить в об'єм розплаву. Якщо K 0 > 1, то поблизу поверхні росту відчувається недолік домішки. Таким чином, від рівноважного коефіцієнта поділу K 0 ми переходимо до ефективного K і враховуємо вплив умов вирощування на процеси легування:
...
