Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 9 августа, печатный экземпляр отправим 13 августа
Опубликовать статью

Молодой учёный

О диффузионных параметрах примесных атомов V группы элементов в кремнии

Физика
20.12.2018
554
Поделиться
Библиографическое описание
Алиева, Ж. Р. О диффузионных параметрах примесных атомов V группы элементов в кремнии / Ж. Р. Алиева, М. А. Абдукаххарова, Н. Б. Аббосова, М. З. Насиров. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2018. — № 51 (237). — С. 1-3. — URL: https://moluch.ru/archive/237/55021/.


В работе проанализированы диффузионные процессы элементов V группы в кремнии и с помощью метода «наименьших квадратов» получены выражения, удовлетворяющие экспериментальные результаты для диффузионных параметров.

Ключевые слова: кремний, диффузия, метод наименьших квадратов, энергия активации.

The diffusion processes of group V elements in silicon are analyzed and expressions satisfying the experimental results for diffusion parameters are obtained using the “least squares” method.

Key words: Silicon, diffusion, least squares method, the activation energy.

Интенсивное развитие производства полупроводников микроэлектронных изделий и интегральных схем привело к необходимости разработки новых или усовершенствованию, структуры и расширению функциональных возможностей широко используемых полупроводниковых материалов. В этом отношении по мнению, большинство исследователей и производителей один из надежных, технологически усвоением и наиболее обоснованным методом управления свойствами полупроводника является легирование его различными примесями в определенных концентрациях. Пространственное распределение примесей в кристаллическом кремнии имеет большое значение при формировании его электрофизических свойств. Однако, традиционные технологические методы определения распределения примесных атомов в кристаллах имеют ряд трудностей, поэтому исследование диффузионных процессов в кремнии и в других полупроводниковых материалах остается одной из актуальных проблем современной физики полупроводников и материаловедения.

Как известно [1, 2], экспериментальное определение коэффициентов диффузии примесных элементов в кремнии в качестве модели для расчета используется решение уравнения закона Фика и коэффициент диффузии может быть выражен в виде уравнения Аррениуса:

D=Dо exp (-E /kT), (1)

где Dопредэкспоненциальный множитель, Е — энергия активации диффузии.

Элементы V группы периодической системы ведут себя в кремнии как доноры в зависимости от того, образуют ли они энергетические уровни вблизи зоны проводимости. Фосфор, мышьяк и сурьма являются наиболее важными донорными примесями в кремнии. Первые данные по диффузии фосфора, мышьяка и висмута в кремнии были получены Фуллером и Диценбергером для температур 1050÷1250 оС. В качестве источника диффундирующего вещества использовался элементарный фосфор, параметры диффузии измерялись по методу p-n-перехода. Диффузия сурьмы в кремнии была впервые исследована Данлепом и др. при температурах 900÷1300 оС. Характеристики диффузии измеряли методом p-n-перехода и радиоактивным методом [4, 5].

В данной работе рассматриваются диффузионные параметры элементов V группы периодической системы. Экспериментальные данные взяты из работы [3] и проанализированы предэкспоненциальные множители и энергии активации элементов в зависимости от порядкового номера элементов в периодической системе.

Экспериментальные и расчетные результаты приведены на рис. 1-а, б и в таблице 1:

а)

б)

Рис. 1. а), б). Диффузионные параметры элементов V группы периодической системы в зависимости от порядкового номера.  эксперимент, непрерывная линия  результаты расчета

Таблица 1

Диффузионные параметры элементов Vгруппы периодической системы

в зависимости от порядкового номера.

Элемент

Z

D0, см2/с

E, эВ

эксперимент

Результаты расчета

эксперимент

Результаты расчета

N

7

2700

2700

2,9

3,02

P

15

0,0001

9,97E-05

2,09

2,2

V

23

0,009

0,009

1,55

1,59

As

33

35

35

4

3,66

Sb

51

0,214

0,214

3,65

3,7

Bi

83

0,0002

0,0002

3,5

3,49

Из анализа графиков экспериментальных зависимостей предэкспоненциального множителя и энергии активации от порядкового номера выявлены, что оны зависят от Z как f(Z3):

E=AEZ3+BEZ2+CEZ+DE, (2)

Do=ADZ3+BDZ2+CDZ+DD (3)

и коэффициенты A, B, C и D определены по методу наименьших квадратов.

В результате получены для Do:

AD=-0,013, BD= 1,42, CD=-36,54, DD= 277,80;

для Е:

AE=-0,0017, BE= 0,017, CE=-0,11, DE= 3,35.

Значения 2D= 3,4710–5, 2E= 1,1510–3, показывающие точность расчетов, а также графики и таблица, свидетельствуют о правильности выбора метода и расчета.

Таким образом, в данной работе были изучены экспериментальные результаты для диффузионных параметров элементов V группы периодической системы в кремнии и получены единые полуэмпирические выражения, определяющие предэкспоненциального множителя и энергии активации в зависимости от порядкового номера. Полученные выражения позволяют прогнозировать и легко вычислить экспериментально неопределеные диффузионные параметры элементов V группы.

Литература:

  1. Б. И. Болтакс Диффузия и точечные дефекты в полупроводниках, Л. Наука, 1972.
  2. Окисление, диффузия, эпитаксия, под ред. Р.Бургера и Р.Донована, М. Мир, 1069, 451 с.
  3. D. J. Fisher Diffusion in Silicon 10 Years of Research. 2013.
  4. С.Зайнабидинов Физические основы образования глубоких уровней в кремнии, Ташкент, Фан, 1984.
  5. С.Зайнобидинов, М.Носиров, Ж. Алиева О коэффициентах диффузии 3d элементов в кремнии, Узб. Физ. Жур., 2003, № 1, 69–71.
  6. Ж.Бургуэн, М.Ланно Точечные дефекты в полупроводниках. Теория. М.: Мир, 1984, 265 с.
Можно быстро и просто опубликовать свою научную статью в журнале «Молодой Ученый». Сразу предоставляем препринт и справку о публикации.
Опубликовать статью
Ключевые слова
кремний
диффузия
метод наименьших квадратов
энергия активации
Молодой учёный №51 (237) декабрь 2018 г.
Скачать часть журнала с этой статьей(стр. 1-3):
Часть 1 (стр. 1-107)
Расположение в файле:
стр. 1стр. 1-3стр. 107

Молодой учёный