Khảo sát các quá trình khuếch tán khi có mặt điện trường, khi trong quá trình oxy hóa và trong trường hợp epitaxy

16 244 0
  • Loading ...
1/16 trang

Thông tin tài liệu

Ngày đăng: 15/11/2015, 15:46

Khảo sát các quá trình khuếch tán khi có mặt điện trường, khi trong quá trình oxy hóa và trong trường hợp epitaxy Bài Tập Lớn Môn học: Công nghệ vi điện tử Đề Tài: Khảo sát trình khuếch tán có mặt điện trường, tình oxy hóa trường hợp Epitaxy Sinh viên thực hiện: Lê Đăng Tuấn Lớp : ĐTYS-K52 SHSV : 20073154 Page MỤC LỤC Page Giới thiệu chung Mạch tích hớp IC phát minh vô quan trọng phát triển khoa học, công nghệ Mạch chế tạo nước tiên tiến, hãng điện tử lớn, cung cấp khắp nơi giới Vi mạch có mặt hầu hết thiết bị điện tử, từ thiết bị dân dụng bình thường đến thiết bị chuyên dụng cao cấp Thành phần IC linh kiện bán dẫn Để thể nghiên cứu sản phẩm công nghệ cao việc phải hiểu biết, linh kiện bán dẫn Do môn “Công Nghệ Vi Điện Tử” môn học quan trọng, tảng để sâu nghiên cứu môn khác Trong phần em xin trình bày chủ đề “khảo sát trình khuếch tán” Page Nội Dung 2.1 Khuếch tán có điện trường hỗ trợ Khi tạp chất dono axepto bước vào tinh thể Silic, chúng bị ion hoá Vì cần phải xét đến chuyển động đồng thời đono (hoặc axepto) bị ion hoá electron(e) (hoặc lỗ trống) Ta biết, chuyển động đồng thời hai loại điện tích SiO khảo sát Ta rút kết luận : loại điện tích có độ linh động khác chuyển động xuất loại điện trường hỗ trợ chuyển động loại điện tích chậm Việc nghiên cứu tường tận toán chuyển động ion đono axepto bán dẫn dẫn tới công thức biến dạng cho thông lượng ion sau: Trong đó: Gọi hệ số khuếch tán hiệu dụng tạp chất có tác dụng điện trở trong, hệ số khuếch tán hiệu dụng hàm nồng độ •C : nồng độ ion •ni : nồng độ e lỗ trống bán dẫn không chứa đono lẫn axepto nhiệt độ khuyếch tán Bây ta xét hai giá trị giới hạn hệ số khuếch tán hiệu dụng Dhd: - Ở nhiệt độ cho trước (tức giá trị n i cho trước) nồng độ tạp chất tương đối thấp (C Page > ni) Dhd =2D Như trường hợp điện trường làm cho hệ số khuếch tán hiệu dụng tăng lên gấp đôi, so với hệ số khuếch tán thông thường Hình 1: Ảnh hưởng điện trường nên phân bố nồng độ chất bán dẫn Hình minh họa ảnh hưởng điện trường lên dạng phân bố nồng độ Đường cong vẽ hình kết tính số theo phương trình khuyếch tán có mặt điện trường trong, số trường hợp riêng Để tiện so sánh, ta biểu diễn phân bố hàm sai bù tức không xét tới ảnh hưởng điện trường tương ứng với phân bố Page xác nồng độ thấp Trong vùng không cần phải có Gradian nồng độ cao giữ thông lượng bán dẫn đồng Hình 2: phân bố silic xác định thực nghiệm Khi nồng độ bề mặt vượt 10^19 cm^-3, phân bố bắt đầu lệch khỏi dạng hàm sai bù Có thể giải thích profin trung gian hiệu ứng khuếch tán có điện trườn hỗ trợ nhu biểu hị hình Song, nồng độ bề mặt bo tăng tiếp qua 10^20 cm^-3 Profin bắt đầu lệch khỏi phân bố hàm sai bù, ta phải xét đến nguyên nhân khác gây nên sai lệch trường hợp 2.2 Phân bố tạp chất trình oxy hóa nhiệt Có điều kiện biên vì: đại đa số loại tạp chất khuếch tán Silic điôxit chậm nhiều so với Silic Do lớp ôxit lớn lên giai đoạn khuếch tán ngăn chặn có hiệu tạp chất silic, không cho chúng thoát vào thêm Trong thực tế, vấn đề xảy bề mặt phân cách silic điôxit diễn phức tạp nhiều Người ta chứng minh tạp chất silic phân bố lại gần lớp oxit lớn lên nhờ Page nhiệt Hiện tượng nhiều nguyên nhân, cụ thể nguyên nhân sau: Hai pha rắn - khí lỏng tạp chất chứa hai pha phân bố lại hai pha đạt tới trạng thái cân bằng, lúc tỉ số nồng độ hai pha không đổi Tỷ số nồng độ cân silic nồng độ cân silic điôxit gọi hệ số phân tách định nghĩa sau: m = (nồng độ tạp chất cân Si)/(nồng độ tạp chất cân SiO2) Việc tạp chất có khuynh hướng thoát lớp ôxit Nếu hệ số khuếch tán ôxit nhỏ yếu tố không đáng kể, ngược lại hệ số tương đối lớn, yếu tố ảnh hưởng mạnh đến phân bố tạp chất Silic Khi lớp oxit lớn lên mặt phân giới pha ôxit Silic chuyển động theo thời gian Tốc độ tương đối chuyển động so với tốc độ khuếch tán yếu tố quan trọng việc xác định mức độ phân bố lại Chú ý khi hệ số phân tách tạp chất m =1, phân bố lại tạp chất silic xảy Thực vậy, biết, lớp ôxit chiếm khoảng không gian lớn lớp silic dùng vào trình ôxi hoá Do lượng tạp chất chúng phân bố thể tích lớn hơn, làm cho tạp chất gần bề mặt silic bị nghèo Quá trình phân bố lại chia thành trường hợp, chia thành nhóm: Nhóm 1: Ôxit có khuynh hướng thu nhận tạp chất Nhóm 2: Ôxit có khuynh hướng khước từ tạp chất Trong trường hợp,tuỳ theo tốc độ khuếch tán tạp chất ôxit nhanh hay chậm mà tình xảy khác Page Hình 3: khuếch tán chậm Oxit Bo Hình 5: khuếch tán chậm Oxit P Hình 4: khuếch tán nhanh Oxit Bo Hình 6: Khuếch tán nhanh Oxit P Các điều kiện biên toán: - Nồng độ tạp chất mặt phân cách khí – ôxit số C0 - Vào sâu đế Silic, nồng độ tiến dần tới nồng độ khối CB Ngoài cần thỏa mãn đồng thời điều kiện: - Các nồng độ hai phía mặt phân cách oxit-silic phải theo tương quan định trước hệ số phân tách m - Khi lớp ôxit lớn lên, tạp chất phải bảo tồn mặt phân cách ôxit – silic chuyển động Đồng thời giả thiết Oxit lớn lên theo qui luật tỷ lệ rơi bậc thời gian Nghiệm toán công thức cho phép biết nồng độ tạp chất phía silic mặt phân cách: Trong Và Với: D0 D – hệ số khuếch tán tạp chất tương ứng oxit Page silic α – tỉ số độ day silic tiêu hao oxy hóa độ dày oxit (=0,45) Nồng độ mặt phân cách oxit –Silic chuyển động không phụ thuộc vào thời gian oxi hoá, oxi hoá khuếch tán phụ thuộc vào bậc hai thời gian nên biến thời gian mặt biểu thức nồng độ bề mặt vậy: trạng thái dừng đạt mặt phân cách phương trình nồng độ bề mặt silic phụ thuộc vào: - Hệ số phân tách m - Tốc độ tương đối khuếch tán Silic oxit Do/D - Tốc độ tương đối oxi hoá khuếch tán B/D oSự ảnh hưởng yếu tố thứ minh học hình sau trường hợp P Bo,trên ta biểu diễn nồng độ tạp chất bề mặt theo nhiệt độ oxy hóa Hình 7: Nồng độ bề mặt Bo Si sau trình Oxy hóa nhiệt Page Hình 8: Nồng độ P Silic sau trình Oxy hóa nhiệt Một toán thực tế, tương tự quan trọng nhiều toán phân bố lại lớp tạp chất, ngưng đọng, trình khuếch tán vào Các kết nghiên cứu phan bố lại lớp khuếch tán Bo sau oxy hóa nhiệu biểu diễn hình dưới: Hình 9: Sự phân bố lại lớp khuếch tán sau trình Oxi hóa Kết luận: Nồng độ mặt phân cách ôxit-Silic chuyển động không phụ thuộc vào thời gian oxi hoá nên ta xác định trạng thái dừng mặt phân cách Lớp ôxit chiếm khoảng không gian lớn Silic dùng trình ôxi hoá Do lượng tạp chất chúng phân bố không gian thể tích lớn Do lượng tạp chất gần bề mặt Silic bị nghèo tượng phân bố lại tạp chất Silic Page 10 2.3 Khuếch tán tạp chất trình Epitaxy Trong kĩ thuật epitaxy, màng chứa tạp chất khác loại với đế loại có nồng độ khác Thông thường người ta muốn gradien nồng độ pha tạp màng đế dốc tốt Nhưng trình epitaxy phải tiến hành nhiệt độ cao nên khuếch tán tạp chất tương đối nhanh Vì khuếch tán có xu hướng san gradien nồng độ mặt phân cách lớp epitaxy đế, nên khuếch tán tạp chất trình epitaxy có tầm quan trọng thực tiễn rõ rệt Hình 10: Sự phân bố tạp chất tình Epitaxy Thành phần có nồng độ C1 tạp chất khuếch tán từ đế, thành phần kia, C tạp chất pha từ vào nhằm pha trộn vào màng lớn lên lớp epitaxi lớn lên khuếch tán vào đế Phân bố tạp chất tổng cộng xác định tổng thành phần chúng tạp chất loại hiệu chúng tạp chất khác loại Trong trường hợp sau, lớp chuyển tiếp p-n hình thành giao điểm phân bố nồng độ tạp chất Page 11 Giải toán : Sự khuếch tán chất rắn tạp chất đế: Với điều kiện đầu: Điều kiện biên: Các điều kiện nói lên phân bố ban đầu đế số ứng với nồng độ pha tạp đế phân bố tạp chất sâu đế giữ không đổi lớp epitaxi lớn lên Tổng số tạp chất đế đơn vị diện tích chứa đế màng là: Còn Q(t) giảm theo thời gian Kết hợp điều kiện ta điều kiện biên Với h hệ số chuyển chất pha khí V vận tốc lớn lên màng Nghiệm toán viết dạng: Page 12 Nó biểu thị phân bố nồng độ chuẩn hoá hàm thông số thứ nguyên, thông số tốc độ thoát thông số tốc độ lớn lên Khi V= nghiệm quy trường hợp khuếch tán Ta giải thích dễ dàng giới hạn đơn giản nghiệm xác Vì so với tốc độ khuếch tán từ đế, tốc độ lớn lên từ màng lớn với profin khuếch tán, màng lớn lên gần tức khắc tới độ dày “vô hạn” Vì vậy, phân bố nồng độ giống với phân bố nhận toán khuếch tán vô hạn thể phương trình Page 13 Hình biểu diễn đầy đủ phân bố tạp chất từ đế Hình 11: phân bố tạp chất từ đế Sự khuếch tán tạp chất pha từ vào mô tả nghiệm phương trình khuếch tán với điều kiện ban đầu: Và điều kiện biên thứ 1: C2(-∞,t) = 0, (ở sâu lớp đế, nồng độ tạp chất pha từ vào tiến tới ) điều kiện biên thứ 2: C2(xf,t) = Cf, nồng độ tạp chất pha từ vào bề mặt màng lớn lên số C f (Cf xác định nồng độ tạp chất hỗn hợp khí ) Nghiệm toán biểu diễn dạng: Page 14 Trong việc trình bầy ta thừa nhận phân bố tạp chất màng epitaxy xác định trình khuếch tán chất rắn Thực trường hợp mà ta loại trừ gây bẩn từ ống phản ứng từ mặt sau đế pha tạp mạnh Người ta chứng minh dòng khí tải tạp chất từ mặt sau miếng đế đưa vào lớp epitaxy mặt trước làm cho phân bố tạp chất đế biến thiên không đột ngột trường hợp khuếch tán chất rắn Hiện tượng thường gọi “sự tự pha tạp” Page 15 Kết Luận Quá trình khuếch tán quan trọng môn học “Công Nghệ Vi Điện Tử ” Nó khâu để đánh giá chất lượng mẫu bán dẫn Và sản phẩm sau này… Qua trình tìm hiểu, nghiên cứu, ta thấy tầm quan trọng công nghệ bán dẫn phát triển khoa học công nghệ Làm cho thấy yêu môn học Và có định hướng rõ ràng việc học tập nghiên cứu Page 16 [...]... bằng các gradien nồng độ ở mặt phân cách giữa lớp epitaxy và đế, nên sự khuếch tán các tạp chất trong quá trình epitaxy có tầm quan trọng thực tiễn rõ rệt Hình 10: Sự phân bố tạp chất trong quá tình Epitaxy Thành phần có nồng độ C1 là do tạp chất khuếch tán ra từ đế, còn thành phần kia, C 2 là tạp chất pha từ ngoài vào nhằm pha trộn vào màng đang lớn lên và trong khi lớp epitaxi lớn lên thì nó khuếch tán. ..2.3 Khuếch tán tạp chất trong quá trình Epitaxy Trong kĩ thuật epitaxy, màng có thể chứa các tạp chất khác loại với đế hoặc cùng loại nhưng có nồng độ khác nhau Thông thường người ta muốn rằng các gradien nồng độ pha tạp giữa màng và đế càng dốc càng tốt Nhưng do quá trình epitaxy phải tiến hành ở nhiệt độ cao nên sự khuếch tán của các tạp chất cũng tương đối nhanh Vì sự khuếch tán bao giờ cũng có xu... gây bẩn từ ống phản ứng và từ mặt sau của các đế pha tạp mạnh Người ta đã chứng minh rằng dòng khí có thể tải các tạp chất từ mặt sau của các miếng đế và đưa vào lớp epitaxy ở mặt trước làm cho phân bố tạp chất của đế biến thiên không đột ngột như trường hợp chỉ do sự khuếch tán trong chất rắn Hiện tượng này thường được gọi là “sự tự pha tạp” Page 15 3 Kết Luận Quá trình khuếch tán là hết sức quan trọng... ) và điều kiện biên thứ 2: C2(xf,t) = Cf, nồng độ tạp chất pha từ ngoài vào ở bề mặt màng đang lớn lên bằng 1 hằng số C f (Cf được xác định bởi nồng độ tạp chất trong hỗn hợp khí ) Nghiệm của bài toán biểu diễn dưới dạng: Page 14 Trong việc trình bầy ở trên ta đã thừa nhận rằng sự phân bố tạp chất trong màng epitaxy được xác định chỉ bởi quá trình khuếch tán trong chất rắn Thực ra đó chỉ là trường hợp. .. được trong bài toán khuếch tán giữa 2 tấm bản vô hạn thể hiện bằng phương trình dưới Page 13 Hình dưới đây biểu diễn đầy đủ sự phân bố tạp chất từ đế Hình 11: sự phân bố tạp chất từ đế Sự khuếch tán của tạp chất pha từ ngoài vào được mô tả bởi nghiệm của phương trình khuếch tán với điều kiện ban đầu: Và các điều kiện biên thứ 1: C2(-∞,t) = 0, (ở sâu trong lớp đế, nồng độ tạp chất pha từ ngoài vào tiến... thị phân bố nồng độ chuẩn hoá là 1 hàm của thông số không có thứ nguyên, của thông số tốc độ thoát ra và thông số tốc độ lớn lên Khi V= 0 nghiệm quy về trường hợp khuếch tán ra ngoài Ta có thể giải thích dễ dàng về giới hạn đơn giản này của nghiệm chính xác Vì so với tốc độ khuếch tán từ đế, tốc độ lớn lên từ màng lớn đến nỗi với profin khuếch tán, màng lớn lên gần như ngay tức khắc tới độ dày “vô hạn”... nó khuếch tán vào đế Phân bố tạp chất tổng cộng được xác định bằng tổng của 2 thành phần đó nếu chúng là tạp chất cùng loại và bằng hiệu của chúng nếu là các tạp chất khác loại Trong trường hợp sau, 1 lớp chuyển tiếp p-n sẽ hình thành ở giao điểm của 2 phân bố nồng độ tạp chất Page 11 Giải bài toán : Sự khuếch tán trong chất rắn của các tạp chất đế: Với điều kiện đầu: Điều kiện biên: Các điều kiện... biên: Các điều kiện này nói lên phân bố ban đầu trong đế là một hằng số ứng với nồng độ pha tạp của đế và phân bố tạp chất ở sâu trong đế giữ không đổi khi lớp epitaxi lớn lên trên nó Tổng số tạp chất của đế trên đơn vị diện tích chứa trong đế và màng là: Còn Q(t) giảm theo thời gian Kết hợp các điều kiện trên ta được điều kiện biên Với h là hệ số chuyển chất trong pha khí V là vận tốc lớn lên của màng... sức quan trọng đối với môn học “Công Nghệ Vi Điện Tử ” Nó là khâu chính để đánh giá chất lượng của mẫu bán dẫn Và các sản phẩm sau này… Qua quá trình tìm hiểu, nghiên cứu, ta càng thấy được tầm quan trọng của công nghệ bán dẫn đối với sự phát triển của khoa học công nghệ Làm cho chúng ta thấy yêu môn học hơn Và có định hướng rõ ràng hơn trong việc học tập và nghiên cứu Page 16 ... Nghệ Vi Điện Tử” môn học quan trọng, tảng để sâu nghiên cứu môn khác Trong phần em xin trình bày chủ đề khảo sát trình khuếch tán Page Nội Dung 2.1 Khuếch tán có điện trường hỗ trợ Khi tạp... đọng, trình khuếch tán vào Các kết nghiên cứu phan bố lại lớp khuếch tán Bo sau oxy hóa nhiệu biểu diễn hình dưới: Hình 9: Sự phân bố lại lớp khuếch tán sau trình Oxi hóa Kết luận: Nồng độ mặt. .. Nhưng trình epitaxy phải tiến hành nhiệt độ cao nên khuếch tán tạp chất tương đối nhanh Vì khuếch tán có xu hướng san gradien nồng độ mặt phân cách lớp epitaxy đế, nên khuếch tán tạp chất trình epitaxy
- Xem thêm -

Xem thêm: Khảo sát các quá trình khuếch tán khi có mặt điện trường, khi trong quá trình oxy hóa và trong trường hợp epitaxy, Khảo sát các quá trình khuếch tán khi có mặt điện trường, khi trong quá trình oxy hóa và trong trường hợp epitaxy, Khảo sát các quá trình khuếch tán khi có mặt điện trường, khi trong quá trình oxy hóa và trong trường hợp epitaxy

Từ khóa liên quan

Gợi ý tài liệu liên quan cho bạn