1/23

1. به نام خدابررسی و تحلیل فرآیندهای دیفیوژن استاد: جناب آقای دکتر محمدنژادارائه دهنده: ابوالفضل غمگساربهار1393 1/23

2. مقدمه • تعریف: - وارد کردن اتم‌های ناخالصی با استفاده از حرارت در نیمه هادی، به منظور تغییر هدایت الکتریکی آن • ارائه روش‌های نفوذ ناخالصی در سیلیکن و ژرمانیوم برای اولین بار توسط پفن در سال 1952 • ارائه دو نظریه برای بررسی فرآیند نفوذ: نظریه پیوستگی بر اساس معادلات Fick بررسی نفوذ بر اساس نقص‌های نقطه‌ای، اتم‌های غیرپیوندی و مکان‌های خالی موجود در شبکه بلور 2/23

3. مدل‌های نفوذ در جامدات • مکانیسم مکان‌های خالی (نفوذ آرسنیک و آنتیموان در سیلیکن) 3/23

4. مدل‌های نفوذ در جامدات(ادامه) • مکانیسم پخش بینابینی • انتشار اتم‌های ناخالصی کوچکتر از اتم‌های اصلی شبکه با این مکانیسم 4/23

5. معادلات نفوذ یک بعدی Fick • قانون اول نفوذ فیک قانون بقای ماده در صورتی پایین بودن تراکم ماده حل شده، ضریب نفوذ ثابت فرض می‌شود: • قانون دوم نفوذ فیک 5/23

6. ضریب نفوذ وابسته به حرارت Diffusion coefficient (also called diffusivity) as a function of the reciprocal of temperature for (a) silicon and (b) gallium arsenide 6/23

7. فرآیند نفوذ ناخالصی در سیلیکن 7/23

8. فرآیند نفوذ ناخالصی در سیلیکن(ادامه) • درجه حرارت 900 تا 1200 درجه سانتیگراد 8/23

9. فرآیند نفوذ و پروفایل‌های دیفیوژن • الف) نشست اولیه: شرط اولیه: شرایط مرزی: 9/23

10. فرآیند نفوذ و پروفایل‌های دیفیوژن(ادامه) • الف) نشست ثانویه (نفوذ عمیق): شرط اولیه: شرایط مرزی: 10/23

11. تابع مکمل خطا و منحنی گوس 11/23

12. روش‌های اندازه‌گیری • ارزیابی نتایج نفوذ با اندازه‌گیری سه پارامتر زیر: الف) عمق پیوند ب) مقاومت سطحی ج) پروفایل پخش ناخالصی 12/23

13. اندازه‌گیری عمق پیوند • مخلوط 100 سی‌سی اسید HF و چند قطره HNO3 برای رنگ کردن • تابش به مدت 1 الی 20 دقیقه • تیرگی ناحیه p نسبت به n 13/23

14. اندازه‌گیری عمق پیوند (ادامه) 14/23

15. اندازه‌گیری مقاومت سطحی • الف) روش پروب چهار نقطه‌ای • در صورتی که مقدارd/sاز 20 بزرگتر باشد، ضریب تصحیح به عدد 4.54 نزدیک می‌شود. 15/23

16. اندازه‌گیری مقاومت سطحی (ادامه) 16/23

17. اندازه‌گیری مقاومت سطحی(ادامه) • ب) روش ون در پو 17/23

18. اندازه‌گیری نمودارهای ناخالصی الف) روش C-V • خازن ناحیه تخلیه تابعی از ولتاژ بایاس معکوس می‌باشد. • در صورتی که تراکم ناخالصی‌ها دریک طرف پیوند خیلی زیاد باشد و در طرف دیگر به شدت کاهش پیدل کند: 18/23

19. اندازه‌گیری نمودارهای ناخالصی(ادامه) 19/23

20. اندازه‌گیری نمودارهای ناخالصی(ادامه) ب) روش هدایت تفاضلی: • برداشتن یک لایه نازک از سطح سیلیکن به روش اکسیداسیون آندی و سپس خوردن اکسید با محلول HF • اندازه‌گیری مقاومت سطحی با روش پروب چهار نقطه‌ای به صورت تناوبی • ثابت بودن دما و جابجا نشدن اتم‌های ناخالصی در طول فرآیند • ثابت بودن نمودار توزیع ناخالصی • مناسب نبودن این روش برای پیوندهای کم عمق به دلیل داخل شدن پروب‌ها در داخل سیلیکن 20/23

21. خلاصه • استفاده از قوانین نفوذ فیک با ضرایب ثابت برای عناصر گروه‌های 3 و 5 هنگامی که تراکم ناخالصی‌ها از تراکم ذاتی حامل‌ها کمتر باشد. • استفاده از معادلات نفوذ فیک با ضرایب وابسته به تراکم در تراکم‌های بالا • اگرچه روش‌های کاشت یون از دقت و ظرافت بالاتری برخوردارند، بنا بر دلایل اقتصادی، روش‌های نفوذ از اهمیت بالایی برخوردارند. 21/23

22. مراجع 1- S. M. Sze, “VLSI Technology”, 2’Ed, McGrow-Hill, (1988) 2- S. M. Sze, “VLSI Technology”, 1’Ed, McGrow-Hill, (1988) 3- J. Crank, “THE Mathematics of Difffusion”, (1991) 4- Grove, “Physycs & Technology of Semiconductor Devices” 5- Simon M. Sze, “Fundamentals Of Semiconductor Fabrication”, (2004) 22/23

23. با تشکر از توجه شما 23/23