Распределения легирующей

Особенностью эпитаксиального слоя является однородность его структуры, в этом слое значительно уменьшается вероятность возникновения дефектов структуры, представляющих собой ловушки для носителей. В эпитаксиальном слое можно реализовать более высокое пробивное напряжение перехода коллектор — база, получить сопротивление коллектора меньшее, чем в структурах с диффузионным коллектором. Это удается потому, что эпитаксиальный слой легирован равномерно по всей толщине, в отличие от распределения концентрации легирующей примеси, получаемого диффузией.

В § 3.1 подробно рассмотрены физические процессы, связанные с образованием объемных зарядов в области р — «-перехода. Рассмотрим количественные соотношения для объемных зарядов, образующихся в р — «-областях. Для этого проанализируем распределение плотности объемного заряда и поля в области резкого р — «-перехода. Рассмотрим график распределения концентрации примесей для этого перехода ( 4.2), принимая за начало отсчета (х=0) середину перехода. Для упрощения будем считать, что концентрации примесей (доноров и. акцепторов) равны между собой, причем при л: ^ 0 концентрация равна Nd, а при х ^ 0 равна 'Na. В этом случае значения х в р-области будут положительными (х> > 0), а в п-области — отрицательными (х < 0). При отсутствии внешнего электрического поля и в условиях теплового равновесия во всем объеме, кроме слоя объемного заряда, сохраняется электрическая нейтральность.

6.5. Схема замещения (а) и диаграмма распределения концентрации (б}л

как с целью нахождения распределения концентрации примеси по глубине слоя, так и при изучении процессов диффузии примесей в полупроводниковые материалы и расчета их термодинамических характеристик.

§ 2.4. Измерение распределения концентрации и подвижности носителей заряда в диффузионных, эпитаксиальных и ионно-легированных слоях

§ 5.4. Измерение распределения концентрации легирующей примеси

Вольт-фарадные методы широко используются для измерения распределения концентрации легирующей примеси в МДП-струк-турах, структурах с контактом Шотки и в резких р-л-переходах.

Определение распределения концентрации носителей заряда в соответствии с (5.34) и (5.35) совместно с измерением поверхностной проводимости позволяет найти распределение подвижности носителей заряда по толщине образца, т. е. профиль подвижности носителей заряда.

5.9. Структурная схема установки для измерения распределения концентрации примеси с использов жнем второй гармоники напряжения

•§ 2.4. Измерение распределения концентрации и подвижности носителей заряда в диффузионных, эпитаксиальных и ионно-легированных

§ 5.4. Измерение распределения концентрации легирующей nptMecn .... 172

Четырехзондовый метод применяют для измерения удельного сопротивления тонких слоев на подложках, отличающихся от слоя значением удельного сопротивления или типе м электропроводности. Обычно проводят измерения не только поверхностного сопротивления, характеризующего слой в целом, нз и распределение удельного сопротивления по толщине слоя, которое непосредственно связано с характером распределения легирующей примеси, т. е. профилем легирования. В наиболее простом случае слой расположен на изолирующей или высокоомной подложке. Примером такой структуры может служить слой кремния на сапфировой подложке, т. е. структура КНС. >Если слой имеет противоположный по сравнению с подложкой тип электропроводное- -и, то образующийся на границе между ними р-л-переход изолирует слой и подложку друг от друга. Тем не менее при измерении слоев, изолированных /э-л-переходом, возникает ряд трудностей.

22. Определить, какую долю исходного расплава в тигле можно закристаллизовать, если Afn/Afp,o=l, коэффициент распределения легирующей примеси ? = 0,45 и подпитку осуществляют нелегированным материалом (Сп = 0).

Наиболее существенными физико-химическими параметрами, которые необходимо учитывать при формировании пленок Si02 окислением для использования их в качестве масок в диффузионных и эпитаксиальных процессах, будут: коэффициент распределения легирующей примеси между окислом и кремнием т, равный отношению равновесных концентраций этой примеси в кремнии и окиси кремния; коэффициент относительной диффузии г легирующей примеси, равный отношению коэффициентов диффузии этой примеси в кремнии и в двуокиси кремния; константа скорости окисления kOK, отнесенная к корню квадратному из_ коэффициента диффузии примеси

При создании р-п переходов используют обширный арсенал современных технологических методов, связанных с введением различных атомов легирующей примеси в исходный полупроводниковый материал путем диффузии, имплантации, сплавления, эпитаксии для получения заданного профиля распределения легирующей примеси в полупроводнике, обеспечивающего требуемые свойства р-п перехода.

До начала кристаллизации монокристаллическую затравку опускают в расплав и, регулируя температуру расплава, выдерживают некоторое время, достаточное для ее оплавления. Вытягивание производят в вакууме 1,4-КГ3—7-КГ4 Па, в атмосфере водорода или в среде инертного газа. Полупроводниковый материал расплавляют при помощи нагревателя 8, для поддержания равномерной температуры расплава тигель вращается с помощью механизма 9. Затем включается механизм вращения и подъема 5 верхнего штока 4 с затравкой 2. По мере подъема затравки и отвода через нее тепла расплав начинает кристаллизоваться. При вытягивании стержня происходит дополнительная очистка материала, так как примеси остаются в расплаве, а вращение затравки способствует улучшению кристаллической структуры, так как это облегчает перемещение атомов к соответствующим узлам кристаллической решетки. Этим методом получают хорошо ориентированные стержни кремния диаметром до 150 мм; при этом в расплав вводят примеси и вытягивают стержни с дырочной или электронной проводимостью. Для равномерного распределения легирующей примеси по длине стержня скорость вытягивания регулируют по заранее установленной программе. Полученные таким образом стержни монокристаллического кремния подвергают дополнительной очистке. Последнее время все большее распространение находит очистка кремния методом бестигельной зонной плавки. Бестигельную плавку проводят на установке, схема которой показана на 56. Пб

а — схема формирования встроенного поля путем неравномерного распределения легирующей примеси по длине я- и р-областей диода: б —характер восстановления обратного тока диода со встроенным полем при переключении его с прямого на обратное смещение

В работе Ишивата и др. отмечено, что /-слой в p-i-n- или n-i-p -переходе в действительности не является нелегированным, а содержит определенное количество фосфора или бора. Определенные в их работе коэффициенты диффузии фосфора и бора в a-Si: Н из сравнения профилей распределения легирующей добавки в образцах со структурами г-л/Нерж. ст. и ?-р/Нерж. ст. до и после термообработки при 400 °С составляют соответственно величины меньшие, чем 2 • 10~'7 и 2 • 10~'8 см"2 • с'1. Такие коэффициенты диффузии являются слишком малыми, чтобы легирующий элемент мог продиффундировать в г'-слой в процессе его осаждения, поэтому сделан вывод, что захват легирующей примеси обусловлен возбужденными объемами материала, которые переносят в г'-слой легирующие атомы от легированного слоя или стенок камеры. Такой захват примеси должен учитываться при разработке и производстве солнечных элементов, полученных из a-Si методом тлеющего разряда на подложках как из нержавеющей стали, так из стекла.

5.3.2. Профили распределения легирующей примеси в слоях n-i-p a-Si : Н, полученные с помощью ионного микроанализатора [50]

В работе Ишивата и др. отмечено, что /-слой в p-i-n- или n-i-p -переходе в действительности не является нелегированным, а содержит определенное количество фосфора или бора. Определенные в их работе коэффициенты диффузии фосфора и бора в a-Si: Н из сравнения профилей распределения легирующей добавки в образцах со структурами г-«/Нерж. ст. и г-р/Нерж. ст. до и после термообработки при 400 С составляют соответственно величины меньшие, чем 2-10"7и2-10~18 см~2 • с'1. Такие коэффициенты диффузии являются слишком малыми, чтобы легирующий элемент мог продиффундировать в г'-слой в процессе его осаждения, поэтому сделан вывод, что захват легирующей примеси обусловлен возбужденными объемами материала, которые переносят в г'-слой легирующие атомы от легированного слоя или стенок камеры. Такой захват примеси должен учитываться при разработке и производстве солнечных элементов, полученных из a-Si методом тлеющего разряда на подложках как из нержавеющей стали., так из стекла.

5.3.2. Профили распределения легирующей примеси в слоях n-i-p a-Si : Н, полученные с помощью ионного микроанализатора [50]

Экспоненциальный профиль распределения легирующей примеси в реальных условиях трудно реализуем. Диффузионные методы введения примеси (например, сурьмы из газовой фазы в кремний) при постоянной поверхностной ее концентрации Ns дают распределение, описываемое интегралом ошибок. Ионно-лучевой метод легирования определяет гауссовский закон распределения примеси. Для этого случае распределение поля