Va yarimotkazgichli asboblar texnologiyasi
Diffuzion tuzilmalarni hisoblash usullari
Download 94.09 Kb. Pdf ko'rish
|
13.4. Diffuzion tuzilmalarni hisoblash usullari Diffuziya yetarli darajada chegaralangan oraliq temperaturalarda o‘tkaziladi. Masalan, kremniy uchun bu oraliq 1100-1300°C bo‘lib, ikki bosqichli diffuziyada, ya’ni birinchi bosqich (kiritish)da temperatura 1150°C bo‘lsa, ikkinchi bosqich (haydash)da temperaturani 1250°C qilib olinadi. Temperaturani bunday tanlanishiga sabab, yuqorida ko'rsatilgan temperaturalardan past temperaturalarda diffuziant kirishmalarning diffuziya koeffitsienti juda kichik va diffuziya chuqurligi kichkina. 1300°C dan yuqori temperaturalarda kremniy sirtidagi buzilishlar hisobiga diffuzion qatlamlar qoniqarsiz boiadi. Diffuzion jarayonlar asosan ochiq yoki yopiq kvars shisha naylarda o‘tkaziladi. Bulardan ko‘p qocllaniladigani ochiq nayda, qattiq, suyuq va gaz ko'rinishidagi diffuziant manbalarda o4kazishdir. Kremniyda asosiy diffuziantlar bor va fosfor hisoblanadi. Planar asboblarni tayyorlashda diffuzion jarayon ikki bosqichda o ‘tkaziladi. Birinchi bosqich (kiritish)da kremniy sirtida e//c-taqsimotli kirishmalarnig yupqa diffuzon qatlami vujudga keltiriladi. Ikkinchi bosqich (haydash)da yarimo'tkazgich plastinalar diffuzion atomlari bo‘lmagan muhitda bir zonali pechkada qizdirilib, bunda kirishmalarning diffuzion qayta taqsimlanishi yuz beradi. Ikkinchi bosqich kirishma miqdori chegaralangan manbadan diffuziyaga to ‘g‘ri keladi. Diffuzion tuzilmalarni hisoblashda ikki turdagi masala; berilgan texnologik rejim asosida aralashma taqsimot kesimini aniqlash (to‘g‘ri masala) va tuzilmada kirishmalar taqsimotini oxirgi parametrlariga asosan diffuziya jarayon rejimini aniqlash (teskari masala) yechiladi. Ikki bosqichli diffuziya jarayoni uchun kirishma taqsimotini hisoblash. Yuqorida ko‘rdikki, planar texnologiyada diffuziya ikki bosqichda olib boriladi. Kirishma kiritish bosqichi Qz-o^zgarmas sirt konsentratsiyasida t} qisqa vaqtda amalga oshiriladi. Kiritishda kiritilgan N kirishma 230 atomlari miqdori /2 vaQt davomida sirt konsentratsiyasi o‘zgaruvchi haydashda diffuziant manbasi vazifasini o'taydi: с = - * _ 4 п°г 11 Ikki bosqichli diffuziya holida kirishmalar kesimini ko'rish uchun kiritish va haydash davomiyligi va temperaturasini bilish kerak. Temperatura Tj uchun, kirishma diffuziya koeffitsienti Dj va silt konsenrtatsiyasi C qj kirishmalarni chegaraviy eruvchanligidan aniqlanadi. Kiritish bosqichida kiritilgan kirishma atomlari sirt zichligi kirishma taqsimotini integrallash bilan aniqlanadi. N = JC(x)dx = jC{)] •erfc- *dx = 2 -C Haydash bosqichidan so‘ng kirishma taqsimoti 2 C. DA 71 C(xJ) = - DA D2t2 exp N ’\J tiD 2 t 2 exp 4D 2 t 2 j (I I I .50) (I I I .51) ifoda bilan aniqlanadi. 1 -misol. Elektrik o‘tkazuvchanligi p-tur, solishtirma qarshiligi 10 Om sm bo'lgan kremniyga ikki bosqichli diffuziya bilan fosforni Г/=1050°С, t]= 10 min, 7 2 = 1150 °C, t 2 = 2 soat rejim bilan olingan p-n o‘tishning joylashish chuqurligi va aniqlangan kirishma taqsimoti kesimi chizilsin. 1. S 07 ni aniqlaymiz. Buning uchun kitob oxirida berilgan rasmdan foydalanib, 7Ы050°С temperatura uchun fosforning kremniydagi chegaraviy eruvchanligi 1,2-10 21 sm ~3 ekanligini topamiz. C 0 j= 1,2-10 21 sm -3 deb olamiz. 2. Dj ni aniqlaymiz. Fosforni Г=1050°С temperaturada kremniy uchun fosforning diffuziya koeffitsientini kitob oxirida berilgan rasmdan foydalanib topamiz. Unda Dj= 2,510~14 sm2/s ekanligini aniqlaymiz. 231 3. Birinchi bosqich diffuziya (kiritish)dan atomlarning sirt zichligi N ni aniqlaymiz jV = 2 C „ , = 2 • 1,2 -10 21 ^ 1 2 — ■l - ~ = 5,2 ■ 10| 5 слГ2. 1 I V 3,14 4. Yuqoridagidek fosforning diffuziya koeffitsienti D 2 ni aniqlaymiz. 2-rasm, a (kitob oxiriga qaralsin) yordamida Г=1150°С da D?= 4 1 0 -13 sm2/s bo‘lishligini topamiz. 5. Taqsimot egri chiziqlarini tuzamiz: 4 N C ( X j ) = eXp д / TlD 2 1 2 V 5 ,2 -1 0 ' д/з,14 ■ 4 ■ 10 ~13 - 2 -60 -60 = 5,5 -10 19 exp f - exp 4 -4 1013 -2 -60 -60 1,5 -10 Haydashdan so‘ng fosfor konsentratsiyasining taqsimot kesimi III. 32- rasmda ko'rsatilgan. Solishtirish maqsadida shu rasmni o‘zida kiritish bosqichidan so‘ng fosforning taqsimlanish egri chizig‘i berilgan. C ( x ,t ) = С n]erfс 2 J d , 1^1 = 1 , 2 - 1 0 2Xerfc 7,75 -1 0 6 p-n o'tishning joylashish chuqurligini aniqlaymiz. (111.38) formulaga asosan Xj = 2 j D 2t2 С л о 2 In Namuna plastinkadagi kirishma konsentratsiyasini /:> =f(S) egri cliiziq yordamida p=10 O m sm uchun Q = l,2-10 15 sm -3 bo‘lishligini aniqlaymiz (kitob oxiridagi Q.3-rasm, b ga qaralsin). U n d a x, =2V4-10‘l3-2-60-60- 2,3-lg 5,5 10 19 \ 1,2 • 10 = 3,5* 10~4 = 3,5mkm Soddalashgan (III.50) formula bo‘yicha 232 х, = 6y[D ^ = б-у/2,3-10"9 = 3,2 mkm yetarli darajada aniq qiymatga ega. Ketma-ket ikkilama diffuziyada kirishma taqsimotini hisoblash. Diffuzion tranzistorlar, tiristorlar, varikaplar va juda ko‘pchilik boshqa asboblar tayyorlashda turli elektr o4kazuvchanlikka ega boigan qatlamlarni yuzaga keltiruvchi kirishmalarni ketma-ket diffuziya yoii bilan aktiv tuzilmalar olinadi. Agar oldin parametrlari CoA, Z)A, tA boigan akseptor kirishma, keyin parametrlari C 0 q, Z>d, tD donor kirishma я-turdagi elektr olkazuvchanlikli yarimo‘tkazgichga konsentratsiyasi Q> boigan kirishma tekis legirlangan я-turdagi elektr o4kazuvchanlikli yarimolkazgichga ikkilangan ketma-ket diffuziya qilinsa, unda konsentratsiyaning natijaviy taqsimoti quyidagi ko‘rinish oladi: C(x,t) = CoA exp 4 DAtA) - C oDerfc 2 (III.52) Shunday qilib, akseptor va donor kirishmalar o'zaro bir-birini kompensatsiyalaydi, unda hisbolashda konsentratsiyalar taqsimot kesim qiymatlari musbat (akseptor uchun) va manfiy (donor uchun) belgilar beriladi yoki teskarisi. Birinchi diffuziya ancha chuqur, keyingilari esa ancha sayoz, biroq yuqori konsentratsiyada bolishi kerak. Shuning uchun ketma-ket ikkilangan diffuziyada (111.48) formulaga asosan n-p-n-tuzilma, agar kirishma o‘rni 0 ‘zgartirilsa, p-n-p tuzilma olinadi. Xuddi shu usullarda tranzistor olinadi. Kichik sirt konsentratsiya va katta chuqurlikdagi birinchi diffuziyani bazali deyiladi. U tranzistor tuzilmaning /?-sohali bazasini yaratish uchun xizmat qiladi. Yuqori sirt konsentratsiya va kichik chuqurlikdagi ikkinchi diffuziyani emitterli deyiladi. U r r t t , . . . . .. . dash (2) dan so n g fosTor taq- elektnk о tkazuvchanhgi я-turh em.tter simotini hisoblashlar natijasida sohani olish uchun moljallangan. olingan kesimi 233 Baza /?-sohani olish uchun diffuziya ikkita bosqichda olib borilganligi uchun uning yig'indi taqsimoti (III.52) Gauss egriligi ko‘rinishida bo‘- ladi. Unda emitter diffuziya odatda bitta bosqichda bo 4 lib, uni kirishma taqsimot funksiyasi erfc funksiya bilan ifodalanadi. Agarda emitter diffuziya vaqtida akseptor kirishmaning aralashishi sezilarli yuz bermasa,(III.48) ifoda to ‘g‘ri boiadi, unda umumiy holda 2 C( x, t ) = СоЛ exp bu yerda C„ 4(А Л + D j d) N„ } - C „ Derfc 2 V A A - C a , (111.53) (111.53) t J x ( d j a +£>/,}) bunda £>*A-donorlar diffuziyasi temperaturasida akseptorlar diffuziya koeffitsienti. Emitter p-n o‘tishning joylashish chuqurligini aniqlash uchun yig‘indi konsentratsiyani nolga tenglashtiramiz va taglikka legirlangan kirishmalar konsentratsiyasi Q, diffuziyalanuvchi donorlar va akseptorlar konsentratsiyasiga nisbatan ko‘p marta kichikligini hisobga olamiz. Unda (IH .52) taqsimot uchun CoDerfc- = C od exp " 2 ^ erfc funksiya taqribiy ifodasidan foydalanib, C„ d exp ifodasini o ‘zgartirib, \ 2 + 0,3 = C„A exp 4 DJ a (111.54) (III.55) = / \ 2 2 1 1 I 0,3 1 Jln ( С i oD v D/Jo х ь j 4 DAtA r \ оЛ J (III.56) Bu tenglamani itaratsiya usulida yechamiz va uning boshlang'ich qiymati. xa = 6 y [ D ^ , (HI-57) unda 234 Emitter p-n o‘tishning joylashish chuqurligini yanada aniqroq aniqlangan qiymati Г Л 2 1 ] 0 ,3 Ф о Ь 4 DJA In c,. с V ^OA У (III.59) Kollektor o‘tishning joylashish chuqurligi aniqlashda emitter diffuziyada uning siljishini hisobga olish kerak, shuning uchun : DAtA + ^DAtD In (111.60) bu yerda CoA (III.49’) formuladan aniqlanadi. Bu ifodalarni konkret hollar uchun, ya’ni n-p-n tranzistor uchun kirishma taqsimotini 111.33- rasmda ko‘rish mumkin. Diffuziya rejimlarim aniqlash. Endi teskari masalani yechishga e’tibor beramiz. Teskari masala katta amaliy ahamiyatga ega, chunki diffuziya parametrlari bo‘lmish jarayon davomiyligi va temperaturalarni bilish texnologik jarayonlarni o'ziga xos xususiyatlari va texnologik qurilmalar imkoniyatlari aniqlanadi. Teskari masalani yechish Dt kokpaytmani aniqlashga olib keladi. Ko'pincha temperatura T berilgan bo‘ladi va shu temperatura uchun tajribalardan topilgan diffuziya koeffitsient qiymatidan diffuziya Ш.ЗЗ-rasm. Ikkilama ketma-ket dif fuziya yo‘li bilan olingan n-p-n-tmn- zistorda kirishmalar taqsimoti. vaqti t aniqlanadi. Ba’zan rejimni tanlashda diffuziya koeffitsientining temperaturaga bog'liqligini hisobga olmasdan kirishmalarning chegara eruvchanligini hisobga olish ham mumkin. . Kirishma taqsimotining berilgan parametrlari asosida diffuziya rejimini aniqlash. Haydash bosqichi yoki bir bosqichli diffuziyani hisoblash uchun teskari masala yetarlicha oddiy. Deylik, oldindan chegaralangan miqdordagi kirishma ion kiritish yordamida hosil qilingan qatlamdan diffuziya o‘tkazilgan bo‘lsa, unda \ n / Endi yo temperatura, yoki jarayon vaqti tanlanadi. Unda ishlab chiqarish talabiga asosan kichik vaqtlar uchun diffuziya koeffitsientini hisoblab topishimiz mumkin: Ketma-ket diffuziya rejimlarini aniqlash. Ketma-ket ikkilama diffuziyada emitter diffuziya bir jinsli bo‘lmagan legirlangan baza sohasiga tomon yo‘nalgan bo'lganligi uchun texnologik rejimlarni aniqlash murakkablashadi. Boshlang‘ich m a’lumotlar kollektor va emitter o'tishlari joylashish chuqurligi , xie , epitaksial qatlamda kirishmalar konsentratsiyasi Q , diffuziyalanuvchi akseptor va donor kirishmalar sirt konsentratsiyasi C()A, Cgd, deb belgilanadi. Aniqlash kerak bo‘lgan parametrlar baza diffuziyasida akseptor kirishmalar kiritish ( 7 \, /д, NpJ ( 111 . 61 ) ifodagaga asosan ( 111 . 62 ) 9 (111.63) с J 236 va haydash (7дг, /дг) rejimlari emitter diffuziyasida donor kirishmalar uchun haydash (7 e >, fo) rejimi. Baza diffuziyasini hisoblash uchun xuddi bir tekis legirlangan yarimo‘tkazgichli ikki bosqichli diffuziya rejimi hisoblashga o‘xshab ketadi. Hisoblashlarni soddalashtirish emitter diffuziya jarayonida akseptor kirishmalar taqsimoti deyarli siljimaydi, deb hisoblaymiz, ya’ni bu yerda mitter diffuziyada akseptor kirishmalar diffuziya koeffitsienti. Emitter diffuziya rejimini hisoblash uchun emitter olishning joylashishi chuqurligini aniqlashdan olingan tenglik (III.59) dan foydalaniladi. 0 $ $ ko‘paytmaga nisbatan yechib, temperatura yoki diffuziya davomiyligini aniqlanadi. atomlarining sirt konsentratsiyasi kabi IH.34-rasm. Diffuzion qatlamli plastinkada sferik shlif tayyorlash parametrlarni aniqlash bo‘yicha olib j aray0nj sxemasi: boriladi /-yarimo‘tkazgich plastinka; 2-p-n o ‘tish; 3-po‘lat sharcha; 4-shlif tus Elektron-kovak o'tishning joylashish olgan p-sohasi. ( D t ) e r - D A r f A r + D A z f D ~ D A r f A r » (111.64) \ J f b - 3 (III.65) 13.5. Diffuzion tuzilmalar parametrlarini nazorat qilish Diffuzion qatlamlarni nazorat qilish, asosan, olingan p-n o‘tishning joylashishi chuqurligini, sirt qatlami o'tkazuvchanligi va kirishma 237 chuqurligini aniqlashning ancha k o kp tarqalgan usullardan biri shlifga rang berish usulidir. Joylashish chuqurligi oMchamini (bir m ik ro m etr va u ndan kichik tartibli) o klchash u chun sferik shlifdan foydalanish qulay. Uni olish uchun plastinka sirtiga diametri 35-100 m m li sharcha qisiladi va sharchani q o £zg£almas o sq atrofida aylantirish bilan plastinka sirtida c h u q u r o kyiq sfera hosil boMadi. Buning u c h u n aylanuvchi shar va kristall plastinka kontakt oraliglga abraziv suspenziya beriladi. 0 ‘lcham lar aniqligi yuqori bo'lishi uch u n abraziv material donasining diametri lm k m dan oshmasligi kerak. p-n o ‘tish chegarasini o c h m o q u c h u n sferik o'y iq chuqurligi p-n o'tishning joylashish chuqurligidan katta bo'lishi kerak. Chegarani 48%li ftorid kislota ( H F ) ga 70% li nitrat kislotani ozgina 0 ,0 5 % -0 ,l% gacha q o ‘shishdan tayyorlangan yedirgichda oksidlanish natijasida /7-sohani tuslanishi bo'y icha aniqlanadi. Diffuzion p-n o'tishning joylashish chuqurligi *L 4 D ifoda bilan aniqlanib, unda Я - s f e r ik chuqurlikda hosil b o 4gan k o n tu r egri chizigfcining ikki nuqtasini birlashtiruvchi t o £g ‘ri chiziq uzunligi (111.34-rasm) mikroskop yordam ida o ‘lchanadi; D-shar diametri. O 'lchovlar aniqligini oshirish u c h u n bir q an ch a shliflar tayyorlanadi (5 tagacha), keyin olingan natijalar o ‘rtachalashtiriladi. Sirt qarshiligini o 'lchashning eng k o 'p tarqalgan usullaridan biri, t o 4rt zondli usuldir. Sirt qarshiligini o'lchash xatoligi odatda 5% -10% dan oshmaydi. x j ( I 1 L 6 6 > 238 Legirlangan kirishmalar sirt konsentratsiyasini aniqlash uchun jarayonni o‘tkazish sharoitiga bog‘liq holda diffuzion sohada kirishmalar taqsimot xarakterini bilish zarur. Kirishmalarning sirt konsentratsiyasini aniqlash maqsadida tajribada olingan diffuzion p-n o‘tish joylashish chuqurligi va sirt qarshiligi qiymatlaridan namuna kristallarining turli konsentratsiyali kirishmalarda turli kirishma diffuzion taqsimotlari uchun sirt konsentratsiyasining grafik bogianishlari olinadi, ya’ni 1 N „ = f Psx ; (III.67) Nazorat savollari 1. DifTuziyaning qanday mexanizmlarini bilasiz? 2. Kirishmalarning sirt konsentratsiyasing fizik m a’nosini ayting. 3. 0 ‘zgarmas va chegaralangan manbalarda kirishma diffuziyasi taqsimot tenglamalarini yozing. 4. Diffuzion tuzilmalarda p-n o ‘tishning joylashish chuqurligini aniqlash ifodalarini yozing. 5. Planar texnologiyada diffuziya deganda nimani tushunasiz? 6. Kremniyda kirishmalarning chegaraviy eruvchanligi qanday aniqlanadi? 7. Diffuziya-haydash va diffuziya- kiritish usullarini tushuntiring? 8. Diffuziya usulida p-n-p tuzilmalar qanday olinadi ? 239 14-BOB. IONLAR KIRITIB LEGIRLASH USULIDA TUZILMALAR OLISH 14.1. Umumiy ma lumotlar Yarimo'tkazgichdagi kirishmalar haqidagi 2-bobda bu masalalar umumiy tarzda qaralgan edi. Oldingi bobda va ushbu bobda ular tuzilmalar olish nuqtayi nazaridan ko'riladi. Ionlar kiritib legirlash energiyasi bir necha kiloelektron voltdan bir necha megaelektron-voltgacha (odatda 20-100 keV) bo'lgan ionlashgan atomlarni bombardirovka y o li bilan taglikning sirt qatlamiga boshqargan holda kiritishdir. Ion kiritilib legirlash jarayoni yarimo'tkazgich sirt qatlamining elektrofizik xossalarini o'zgartirish xususiyatiga ega. Hozirgi vaqtda ion kiritib legirlash usuli yarimo4kazgichlar texnologiyasida ancha afzal boiib, kelajakda electron-kovak o'tishli tuzilmalar hosil qilishning boshqa usullari (qotishmali, diffuziya va epitaksiya usullari) o'rnini olishi mumkin. Bu afzallik ion kiritib legirlashning qattiq jism va legirlovchi modda o'zaro ta'siri temperaturaga bogiiq emasligidan kelib chiqadi. Birinchidan, bu usul universal, chunki qattiq jismga (metall, dielektrik, yarimo'tkazgich) har qanday kirishmani kiritish mumkin; ikkinchidan, legirlashning izotop tozaligini ta'm inlaydi, legirlangan qatlamga nazorat qilib bolmaydigan kirishmalar kirib qolishidan amaliy jihatdan saqlaydi; uchinchidan, ion kiritib legirlash juda past temperaturalarda o'tkaziladi (ba'zi hollarda xona temperaturasida). Legirlangan qatlamlarga issiqlik ishlovi (otjig) berish diffuzion kiritib legirlashga nisbatan ancha past temperaturalarda o'tkaziladi. Nihoyat, ionlarning energiyasini o'zgartirish yoli bilan barcha uch oichov yo'nalishida kirishmalar taqsimotini boshqarish; yarimo'tkazgich 240 hajmi sirti ostida legirlangan qatlamlarni olish; oqimda ion toki zichligi va nurlantirish vaqtini o‘zgartirish hisobiga kirishmalarni aniq dozalash; ularni dielektrik va metall qoplamalar orqali kiritish; legirlash temperaturasi muvozanat konsentratsiyasidan yuqori miqdorda kirishmalar kiritish imkoniyatiga ega. Usulni qo‘llanishdagi chegaralashlar quyidagicha: 1)ionlar kirish chuqurligi kichikligi hisobiga p-n o ‘tishlaming joylashish chuqurligi kichik bo‘ladi; Download 94.09 Kb. Do'stlaringiz bilan baham: |
Ma'lumotlar bazasi mualliflik huquqi bilan himoyalangan ©fayllar.org 2024
ma'muriyatiga murojaat qiling
ma'muriyatiga murojaat qiling