Примесных элементов

При изготовлении ,. полупроводниковых приборов вводится, конечно, далеко не единственный атом примеси (порядка 1014 — 1018 атомов на 1 см3), поэтому и примесных уровней образуется довольно много. Такие примесные полупроводники называются электронными или полупроводниками п-типа.

Примесные полупроводники. Значительно большей электропроводностью обладают примесные (легированные) полупроводники. Как правило, доза определенных вводимых примесей не превышает одного атома на 10 —10° атомов исходного вещества, что соответствует концентрации 10^—10^ 1/см^.

Значительно лучшей электропроводностью обладают примесные полупроводники, причем характер электропроводности зависит от примесного вещества.

Примесные полупроводники с электронной электропроводностью

Электропроводность полупроводников, вызванная введением в химически чистый кристалл атомов других элементов, называется примесной электропроводностью. В зависимости от характера вводимых в кристалл примесей различают примесные полупроводники с электронной электропроводностью, дырочной электропровод- ностью и компенсированные.

Примесные полупроводники с дырочной электропроводностью

Рассмотрим примесные полупроводники. Содержащиеся в них примесные атомы могут оказывать существенное вли-

жат примесные полупроводники, электрические свойства которых определяются специальными примесями в них.

Рассмотрим примесные полупроводники. Содержащиеся в них примесные атомы могут оказывать существенное влияние на электропроводность полупроводника. На 3.5, а, в, д схематически представлены процессы образования свободных носителей заряда, способных участвовать в электропроводности, в собственном и примесном кремнии, эти же процессы показаны и на энергетических диаграммах ( 3.5, б, г, е). Для кремния характерны примеси замещения, т. е. атомы примеси заменяют атомы кремния в узлах кристаллической решетки.

Примесные полупроводники, проводимость которых обусловлена наличием атомов-доноров, называют полупроводниками типа п.

Примеси, которые при возбуждении способны захватывать электрон, называют акцепторными. Примесные полупроводники, проводимость которых обусловлена наличием атомов-акцепторов, называют полупроводниками типа р.

Сущность выплавки стали из чугуна состоит в удалении из него путем окисления излишнего количества углерода до требуемого марочного уровня, а также примесных элементов, содержание которых ограничивается определенными пределами.

1100 1200 1300 t°C циентом диффузии Dt. Поэтому 3.8. Зависимость коэффициента изменение времени диффузии ока-диффузии от температуры для основ- зывает такое же влияние на глу-ных примесных элементов в кремнии бину залегания /7-п-переходов, как

5. Значение коэффициентов диффузии D примесных элементов в германии и кремнии

Увеличение размера зерна с ростом скорости осаждения молибдена наблюдается при повышении температуры до 800°С, а также при изменении состава газовой смеси в области температур 800—1100° С. Наблюдавшиеся случаи снижения размера зерна с увеличением температуры выше 800° С объясняются повышением содержания посторонних примесей за счет коррозии аппаратуры и восстановления примесных элементов на поверхности осаждения (табл. 5.1). В условиях, когда на поверхности сформировавшихся зародышей осаждается трифто-

галогеном (иодом или хлором), вводимым в аппарат обычно в виде соответствующего галогенида с помощью ампул или из испарителя. Освобождающийся после кристаллизации металла на подложке при высокой температуре галоген транспортируется в зону синтеза и вступает в реакцию с исходным металлом при более низкой температуре. Образующийся галогенид снова транспортируется к горячей поверхности подложки и т. д. В аппарате с замкнутым объемом при растворении исходного металла в зоне синтеза в газовую фазу переходит значительное количество галогенидов примесных элементов, которые повышают давление в аппарате и частично осаждаются с основным металлом при кристаллизации на горячей поверхности. Кроме того, они сильно влияют на рост кристаллов и скорость процесса кристаллизации. В результате скорость процесса осаждения в таких аппаратах обычно замедляется и в них нельзя получить очень чистые покрытия с заданной текстурой. Для устранения этих недостатков авторы работ [42а и 42в] предложили модернизированный метод транспортных реакций в аппаратах с псевдозамкнутым объемом, в котором осаждение можно вести при постоянном составе и давлении газовой фазы.

в аппарате за счет кислорода и хлоридов примесных элементов, образующихся в процессе хлорирования исходного вольфрама. Желаемая текстурированность поликристаллических осадков вольфрама с кристаллографическим направлением <110>, а также получение монокристаллических покрытий обеспечиваются только в условиях постоянной очистки газовой фазы от этих примесей и при поддержании давления в аппарате на определенном постоянном уровне. Значение оптимального парциального давления в аппарате рассчитывается теоретически с учетом совокупности возможных реакций диссоциации и характеристики диаграммы состояния системы W—С1 [63, 42в]. Из 5.И, а, в следует, что перенос вольфрама при температуре выше 1300° С осуществляется посредством ди- и тетрахлорида вольфрама. Температура начала диссоциации ди- и тетрахлорида с ростом общего давления возрастает, причем в интервале 300—1000° С основным компонентом в газовой фазе будет тетра-

хлорид вольфрама, который начинает заметно диссоциировать, при температуре выше 1100° С. Давление остальных хлоридов-вольфрама при высоких температурах на несколько порядков, ниже давлений основных транспортирующих соединений, и они фактически не участвуют в процессе переноса вольфрама. Если в аппарат попадает кислород, транспортирующая система становится более сложной тройной системой W—С1—О (см. 5.11 б, г). В этом случае механизм осаждения вольфрама изменится и будет происходить обратный перенос вольфрама вследствие образования его окислов. При этом на поверхности осаждения будут протекать одновременно реакции синтеза и диссоциации окислов вольфрама, что приведет к резкому снижению скорости осаждения и изменению текстуры получаемого покрытия. К такому же изменению текстуры осадков вольфрама и переносу в них примесей приводит повышение давления за счет хлоридов примесных элементов. Поэтому важнейшим условием при получении текстурированных и монокристаллических осадков является поддержание давления в аппарате на заданном уровне путем очистки газовой фазы.

Метод нейтронно-активационного анализа [58] является в настоящее время наиболее чувствительным для целого ряда примесей в кремнии. Материал облучают потоком нейтронов, и за счет ядерной реакции образуются радиоактивные изотопы примесных элементов. Распад образовавшихся изотопов сопровождается излучением 3-частиц и 7-лучей, которые регистрируются специальными датчиками. По виду и интенсивности излучения определяют тип примесного элемента и его количество.

Содержание примесных элементов в сырьевых материалах существенно влияет на качество кристаллического кремния, поэтому важное значение имеет выбор месторождений. По данным геохимических исследований, самым распространенным минералом в земной коре является кварц, который в отдельных месторождениях образует крупное скопление кремнезема высокой степени чистоты.

Получение кремния из кварцитов осуществляется за счет восстановления его углеродом. Углеродистые восстановители содержат значительное количество примесных веществ, и опыт работ электротермических цехов показывает, что переход примесных элементов в кристаллический кремний из углеродистых восстановителей при плавке составляет большую величину. Например, из золы древесного угля оксиды железа восстанавливаются почти полностью, оксиды алюминия до 85 %, оксиды кальция до 45 %. Именно поэтому для повышения качества кристаллического кремния целесообразно применять малозольный восстановитель с отсевом мелких фракций (до 5 мм), содержащих как правило, включения песка и глины, попадающих в углеродистый восстановитель при транспортировке и хранении.