1. به نام خدا بررسی و تحلیل فرآیندهای دیفیوژن استاد: جناب آقای دکتر محمدنژاد ارائه دهنده: ابوالفضل غمگسار بهار1393
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:
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/s از 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