Szilárdfázisú diffúzió

Slides:



Advertisements
Hasonló előadás
A halmazállapot-változások
Advertisements

Hőpréselés alatt lezajló folyamatok •A kompozit alkotóelemei z irányban végleges helyükre kerülnek; Mi történik?
A hőterjedés differenciál egyenlete
ELEKTRONIKAI TECHNOLÓGIA 2.
A bemutatót összeállította: Fogarasi József, Petrik Lajos SZKI, 2011.
A monolit technika alaplépései
A szubsztancia részecskés felépítése és
Szilárdfázisú diffúzió
Félvezető fotodetektorok és napelemek elmélete és gyakorlati megvalósítása 2 dr. Mizsei János, 2006.
A térvezérelt tranzisztorok I.
Rétegmegmunkálás marással
FÉLVEZETŐ-FIZIKAI ÖSSZEFOGLALÓ
2. gyakorlat Készítette: Földváry Árpád
MOS integrált áramkörök alkatelemei
Ötvözetek szerkezete, annak termodinamikai háttere és hatása a fizikai tulajdonságokra Korszerű anyagok és technológiák, MSc 2013.
Vízminőségi jellemzők
Készítette: Móring Zsófia Vavra Szilvia
Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 1. zárthelyi megoldásai október 18.
Szennyezőanyagok légköri terjedése Gauss típusú füstfáklya-modell
Si egykristály előállítása
Dr. Mizsei János előadásai alapján készítette Balotai Péter
Elektrokémia kinetika Írta: Rauscher Ádám Bemutató: Kutsán György
Tartalom A periódusos rendszer felfedezése
Egymáson gördülő kemény golyók
© Gács Iván (BME) 1/36 Energia és környezet Szennyezőanyagok légköri terjedése.
Félvezető technika.
MIKROELEKTRONIKA 3. 1.Felületek, felületi állapotok. 2.Térvezérlés. 3.Kontakt effektusok a félvezetőkben. 4.MES átmenet, eszközök.
MIKROELEKTRONIKA 6. A p-n átmenet kialakítása, típusai és alkalmazásai
A hőátadás.
VEGYÉSZETI-ÉLELMISZERIPARI KÖZÉPISKOLA CSÓKA
ANYAGÁTBOCSÁTÁSI MŰVELETEK (Bevezető)
Ülepítés gravitációs erőtérben Fényszórás (sztatikus és dinamikus)
A moláris kémiai koncentráció
Növekedés és termékképződés idealizált reaktorokban
Tartalom Anyagi rendszerek csoportosítása
A bipoláris tranzisztor modellezése
Elektron transzport - vezetés
Hőtan.
11.ea.
ELVÁLASZTÁSTECHNIKA 1.
ZnO réteg adalékolása napelemkontaktus céljára
Hősugárzás vizsgálata integrált termoelemmel
Biológiai anyagok súrlódása
Szilícium alapanyagok minősítése
Diffúzió Mizsei János Bakonyi-Kiss Gyula BME-EET 2012
MIKROELEKTRONIKA, VIEEA306
Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke MIKROELEKTRONIKA, VIEEA306 Technológia: alaplépések,
Bipoláris technológia Mizsei János Hodossy Sándor BME-EET
Monolit technika MOS technológia Mizsei János Hodossy Sándor BME-EET
Mikroelektronikába: technológiai eljárások
Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke MIKROELEKTRONIKA, VIEEA306 Félvezető fizikai alapok.
Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke MIKROELEKTRONIKA, VIEEA306 Technológia: alaplépések,
Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke MIKROELEKTRONIKA, VIEEA306 A pn átmenet működése: Sztatikus.
Egyenáram KÉSZÍTETTE: SZOMBATI EDIT
1.Határozza meg a kapacitást két párhuzamos A felületű, d távolságú fémlemez között. Hanyagolja el a szélhatásokat, feltételezve, hogy a e lemez pár egy.
x1 xi 10.Szemnagyság: A szemnagyság megadásának nehézségei
Egyenes vonalú mozgások
Készült a HEFOP P /1.0 projekt keretében Az információtechnika fizikája XII. Előadás Elektron és lyuk transzport Törzsanyag Az Európai.
A FONTOSABB MÓDSZEREK:
TÁMOP /1-2F Analitika gyakorlat 12. évfolyam Fizikai és kémiai tulajdonság mérése műszeres vizsgálatokkal Fogarasi József 2009.
Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Minőségbiztosítás a mikroelektronikában A monolit technika.
Egykristályok előállítása
CO2 érzékelők Lőkkös Norbert (FFRQJL).
Potenciometria Elektroanalitika fogalma, Potenciometria fogalma, mérőcella felépítése, mérő- és összehasonlító elektródok, Közvetlen és közvetett potenciometria.
Növekedés és termékképződés idealizált reaktorokban
Diffúzió Diffúzió - traszportfolyamat
Konduktometria.
Hővezetés falakban Író Béla Hő- és Áramlástan II.
MOS technológia Mizsei János Hodossy Sándor BME-EET
A félvezető dióda Segédanyag a Villamosmérnöki Szak Elektronika I. tárgyához Belső használatra! BME Villamosmérnöki és Informatikai Kar Elektronikus Eszközök.
Előadás másolata:

Szilárdfázisú diffúzió A diffúzió megkerülhetetlen jelenség a félvezető technológiában Szándékos – adalékolási célból Akkor is van, ha nem akarjuk A diffúzió hajtóereje a koncentráció gradiens: kiegyenlítődési folyamat, a nagyobb koncentrációjú hely felől a kisebb irányába Monolit technológiai alkalmazásában rendszerint két lépésben történik: elődiffúzió és behajtás

Diffúziós mechanizmus Az adalékanyag mozgása Si-ban két mechanizmussal történhet: rácsközi (intersticiális) és rácsponti (szubsztitúciós) módon Interstíciális Szubsztitúciós Si adalék atom Si Adalék atom vakancia

Diffúziós mechanizmus Valamennyi adalékatom (P, As, Sb, B, stb.) szubsztitúciós mechanizmussal diffundál a Si-ban. Au és egyes fém atomok jellemzően interstíciális mechanizmussal diffundálnak (igen gyors diffúzió!) Szubsztitúciós diffúzió vakanciák megléte esetén mehet végbe Vannak olyan diffúziós mechanizmusok is, melyek folyamán szubsztitúciós adalékok mind a vakanciákat, mind az interstíciákat kihasználják

Diffúziós állandó A vakancia model szerint a diffúziós állandó: Ugyanígy megadható az interstíciális diff. állandó is, ekkor más konstansok kerülnek be. Az eredő diff. állandó ezekből tevődik össze.

A diffúziós állandó hőfüggése Feltételezzük, hogy a diffúziós állandó NEM függ az adalékkoncentrációtól és nem lépnek fel elektromos térerő által elősegített effektusok (az atomok nem lesznek ionok) A diffúzió hőmérsékletfüggése exponenciális, a diffúziós állandón keresztül jellemezhető

A diffúziós állandók Si-ban

A diffúzió matematikája A diffúzió olyan mechanizmus, melyben az atomok véletlenszerű (Brown) mozgással haladnak keresztül egy testen .Az 1800-as évek közepén Fick két differenciál egyenletet adott meg vékony membránon keresztüli anyagáramlás jellemzésére Fick I. egyenlete:

A diffúzió matematikája Fick II. törvénye: kimondja, hogy a membránon keresztül a koncentráció időbeli megváltozása arányos az ugyanitt fellépő koncentráció gradiens megváltozásának sebességével: A koncentráció hely szerinti függésének (N(x)) meghatározásához megadott határfeltételek mellett kell megoldani, de D nem helyfüggő feltételezéssel (a valóság bonyolultabb!)

Az állandó felületi forrás adalékprofilja Állandó felületi koncentráció biztosításának esete, anyagfelvitel a felületre Határfeltételek: N(0, t) = N0 = állandó (szilárd oldékonyság szabja meg az adott hőfokon) N(∞,t) = 0 Kezdeti feltétel: N(x,0) = 0

Állandó felületi koncentrációjú diffúzió A határfeltételek behelyettesítésével megkapjuk a profil-egyenletet, amely egy erfc függvény: Az erf és erfc függvény menete

Állandó felületi koncentrációjú diffúzió X, μm N0 lgN No = constant t2 > t1 t3 > t2 t1 t2 t3 Q a bevitt anyagmennyiség, vagyis a görbe alatti terület x1 x2 x3

1. Diffúzió: elődiffúzió ismertetése Állandó felületi koncentráció biztosítása: leggyakrabban kemencében, 900-1100ºC közötti hőmérsékleten, állandó diffúziós forrásból választjuk le N2-ben (nincs védőréteg a felületen!) Időtartama 30-60 perc A forrás lehet szilárd, folyadék vagy gáz halmazállapotú. xj ≤ 0.5 (többnyire tized μm) SiO2 Adalékolt Si tartomány Si xj

Diffúziós források Szilárd: B2O3; P2O5; As2O3 Folyadék: BBr3; POCl3; PCl3; AsCl3 Gáz: B2H6; PH3; AsH3 Legjobban kezelhetők a technológia szempontjából a gáz halmazállapotú források, inert vivőgázba keverve (0,1-1%), de: mérgezőek vagy robbanásveszélyesek A gyakorlatban alkalmazott adalékanyagok: p: B (Ga, In, Al) n: P,(nagy szilárd oldékonyság, anomáliák) As (kis D), Sb

Szilárd oldékonyság

2. diffúzió: behajtás ismertetése Termikus úton a megkívánt xj mélységig hajtjuk a diffundáltatandó anyagot Q ≈ állandó, állandó anyagmennyiséget diffundáltatunk Általában kemencében 1000-1300ºC tartományban végzik Idő: - 30 perctől akár 10 óra Oxigén áramban végezhető, ekkor SiO2 nő további maszkolás céljából SiO2 Si xj

A behajtás profilja Behajtás: az adalékatomokat a felület közeléből a megkívánt mélységbe juttatjuk. A megfelelő határfeltételek ekkor: ∂N/∂x|x = 0 = 0 azaz nem vész el adalékatom az oxidba N(∞,t) = 0 Q= állandó Kiindulási feltétel: már van felvitt anyag a felület közelében

A behajtás profilja A behajtás rendszerint oxidációval együtt történik (további maszkolás céljából), ezért a ∂N/∂x|x = 0 feltétel NEM IGAZ, adalékanyag mindig átkerül az oxidba, részben a befelé növekedő oxid miatt, részben az adalékatomok szegregációja miatt. Továbbá: annak feltétele, hogy a határfeltétel szerint x=0 helyről számíthassuk a profilt az, hogy az ott lévő anyag valóban végtelenül kis mélységben legyen. A behajtás profilja:

Állandó anyagmennyiségű diffúzió A kialakult profil tehát Gauss eloszlást mutat X, μm lgN Q = állandó (görbe alatti terület) t2 > t1 t3 > t2 t1 t2 t3 x1 x2 x3

Diffúziós eloszlások

Kétlépéses diffúzió Ennek feltétele:

Példa diffúzió alkalmazására a monolit technikában npn bipoláris tranzisztor n p n+ B E C X, μm lgN 1 2 xjBE 3 xjBC 4 5

Diffúziós kemence: nyitott csöves Ellenállásfűtésű kemence nedvesO2 Kvarc cső Kvarc csónak Si szeletek körfűtés Kifagyasztó csapda Oxidációs-diffúziós kemence felépítése

Diffúziós kemence: nyitott csöves

A diffúziós rétegek minősítése A diffundáltatott terület két vége közötti ellenállás: W l t

A diffúziós réteg minősítése: négytűs mérés Kimutatható, hogy A szelet S I V A Négy tű

A diffúzió minősítési eljárásai ρs négyzetes ellenállás mérése a négytűs méréssel xj mérése átmenet előhívással vagy terjedési ellenállás méréssel (SRT)- csiszolás szerepe átlagos fajlagos ellenállás vagy vezetőképesség számítása az előző kettőből Ns felületi koncentráció meghatározása Irvin görbéi segítségével..

2D diffúzió, laterális diffúzió Kísérletileg megfigyelhető, hogy x2 ≠ x1 általában kisebb, mint x1. Pontos számításokkal kimutatható, hogy mind az erfc, mind a Gauss eloszlás esetére: Si SiO2 x1 x2