Пример ФХОМиНТ ДЗ
.docx
|
Министерство образования и науки Российской Федерации Калужский филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана» (КФ МГТУ им. Н.Э. Баумана) |
ФАКУЛЬТЕТ |
"Электроника, информатика и управление" |
КАФЕДРА |
" Конструирование и производство электронной аппаратуры " |
О Т Ч Е Т
ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ №1
ДИСЦИПЛИНА: |
" Физико-химические основы микро - и нанотехнологий " |
|
ТЕМА: |
" Изучение физико-химических основ технологии термической диффузии " |
Выполнил: студент гр. РПВ. Б-41 |
Тер-Погосян Р.Э._________________
|
Проверил: |
Андреев В.В. ____________________ |
Дата сдачи (защиты) домашнего задания: |
|
|
Результаты сдачи (защиты): Количество рейтинговых баллов |
|
|
Оценка |
|
Калуга, 2015 г.
Порядок выполнения домашней работы.
-
Провести исследования распределения концентрации примеси в полупроводнике от времени при фиксированной температуре (построить график).
-
Провести исследования распределения концентрации примеси в полупроводнике от температуры при фиксированном времени (построить график).
-
Составить маршрутную технологию формирования p-n перехода.
Задание
Варианты заданий приведены в табл. 1.
1. Рассчитать характеристики распределения заданной примеси в кремнии при одностадийной диффузии из источника бесконечной мощности (примесь 1).
2. Определить параметры двухстадийной диффузии той же примеси в кремнии для получения p-n перехода на заданной глубине и требуемой ее поверхностной концентрации (примеси 1 и 2).
Таблица 1.
№ варианта |
Примесь |
Температура диффузии, оС |
Время диффузии, с |
Глубина p-n перехода, мкм |
Поверхностная концентрация примеси, см-3 |
||
1 |
2 |
в исход-ном кремнии |
|||||
17 |
As |
1000 |
3000 |
1,5 |
1020 |
1019 |
1017 |
График распределения концентрации примеси в полупроводнике от времени при фиксированной температуре
График распределения концентрации примеси в полупроводнике от температуры при фиксированном времени
Вывод: рассчитали характеристики распределения заданной примеси в кремнии (глубина p-n перехода 1,5 мкм) при одностадийной диффузии из источника бесконечной мощности при условиях: температура Т = (273+1200) К, время t = 3850 с. Определили параметры двухстадийной диффузии той же примеси в кремнии для получения p-n перехода на заданной глубине и требуемой ее поверхностной концентрации (глубина p-n перехода 1,5 мкм, поверхностная концентрация примеси 1019 см-3) при условиях: температура Т = (273+1169) К, время t1 = 27000 с, t2 = 27,45 с. Провели исследования распределения концентрации примеси в полупроводнике от времени при фиксированной температуре (построили график). Провели исследования распределения концентрации примеси в полупроводнике от температуры при фиксированном времени (построили график). Составили маршрутную технологию формирования p-n перехода.
Контрольные вопросы
-
Что такое диффузия и для чего она применяется?
Диффузией называется перенос атомов вещества (примеси), обусловленный хаотическим тепловым движением атомов, возникающий при наличии градиента концентрации данного вещества, и направленный в сторону убывания этой концентрации. С помощью диффузии можно управлять типом проводимости и концентрацией примеси в локальных областях полупроводниковой пластины, изменять тем самым электрические свойства этих областей. Диффузия является детально изученным методом легирования и наиболее широко применяется на практике. Диффузия используется для введения в полупроводник некоторого заданного количества легирующей примеси.
-
Как происходит перемещение атомов примеси в решетке кристалла?
Примесные атомы могут располагается в кремнии в узлах кристаллической решетки, замещая основные атомы, и между основными атомами (междоузельные примеси). Соответственно и перемещение примесных атомов может происходить по двум механизмам: вдоль дефектов кристаллической решетки (вакансиям) и по междоузлиям. При высокой температуре (1000 оС) наблюдается активация процесса диффузии. При диффузии по первому механизму после охлаждения кристалла вакансии исчезают, а примесные атомы, занимающие узлы кристаллической решетки, фиксируются. При диффузии по второму механизму после охлаждения кристалла междоузельные атомы могут вернуться в узлы, замещая основные атомы, и стать электрически активными.
-
Что такое коэффициент диффузии и от каких параметров он зависит?
Коэффициент диффузии — количественная характеристика скорости диффузии, равная количеству вещества (в массовых единицах), проходящего в единицу времени через участок единичной площади (например, 1 м²) при градиенте концентрации, равном единице (соответствующем изменению 1 моль/л → 0 моль/л на единицу длины). Коэффициент диффузии определяется свойствами среды и типом диффундирующих частиц. Коэффициент диффузии D и подвижность связаны между собой соотношением Эйнштейна:
, где k – постоянна Больцмана, T – абсолютная температура, q – заряд. Температурная зависимость коэффициента диффузии имеет вид:
, где D0 – постоянная, численно равная коэффициенту диффузии при бесконечно большой температуре, см2/с; Е – энергия активации диффузии, эВ.
-
Как выглядит распределение концентрации примеси по глубине при диффузии из источника бесконечной мощности?
При диффузии из поверхностного источника бесконечной мощности, обеспечивающего постоянство поверхностной концентрации С0 начальное и граничные условия для решения дифференциального уравнения диффузии имеет вид:
,
.
При этих условиях распределение концентрации примеси по глубине диффузионного слоя в момент времени t описывается выражением:
.
В случае двухстадийной диффузии в слаболегированный полупроводник одной и той же примеси распределение имеет вид:
, где C 01,D1, t1 и C02, D2, t2 относятся соответственно к первой и второй стадиям диффузии.
При одностадийной диффузии примеси в полупроводник с противоположным типом проводимости, т.е. при формировании р-n перехода, положение р-n перехода определяется точкой инверсии типа проводимости:
, где СВ – концентрация примеси в исходном полупроводнике.
-
Как выглядит распределение концентрации примеси по глубине при диффузии из источника ограниченной мощности?
При диффузии из поверхностного источника ограниченной мощности, если в начальный момент процесса легирующая примесь сосредоточена на поверхности полупроводника в исчезающе тонком слое, ее концентрация равна Q, а ее приток извне отсутствует, то начальное и граничные условия можно записать следующим образом:
;
;
;
.
В этом случае при решении уравнения диффузии распределение концентрации примеси получается в виде функции Гаусса:
;
.
При диффузии примеси из поверхностного источника ограниченной мощности в полупроводник с противоположным типом проводимости, положение р-n перехода можно рассчитать по следующему выражению:
.
Температурная зависимость коэффициента диффузии имеет вид:
, где D0 – постоянная, численно равная коэффициенту диффузии при бесконечно большой температуре, см2/с; Е – энергия активации диффузии, эВ.
Литература
-
В.А. Никоненко. Математическое моделирование технологических процессов: Моделирование в среде MathCAD. Практикум / Под ред. Г.Д. Кузнецова. - М: МИСиС, 2001. –48с.
-
МОП-СБИС. Моделирование элементов и технологических процессов/ Под ред. П. Антонетти, Д. Антониадиса, Р. Даттона, У. Оулдхема: Пер. с англ. – М.: Радио и связь, 1988.
-
Дьяконов В.П. Справочник по MathCAD PLUS 7.0 PRO. –М.: СК Пресс, 1998.
-
Броудай И., Меррей Дж. Физические основы микротехнологии: Пер. с англ. - М.: Мир, 1985.
-
Технология тонких пленок. Справочник: Пер. с англ. /Под ред. М. И. Елинсона, Г. Г. Смолко. -М., Сов. Радио, 1977. Т. 1.
-
Курносов А.И., Юдин В.В. Технология производства полупроводниковых приборов и интегральных микросхем: Учеб. пособие. -2-е изд., перераб. и доп. -М.: Высш. шк., 1979.
-
Бубенников А.Н. Моделирование интегральных микротехнологий, приборов и схем: Учеб. пособие. -М.: Высш. шк., 1989.