- •Предисловие
- •1. Расчет концентрационных профилей
- •Введение
- •Механизмы диффузии
- •Уравнения диффузии
- •Диффузия из постоянного источника
- •Часто вместо выражения (1.15) используют
- •Диффузия из слоя конечной толщины (из непостоянного источника)
- •Диффузия из равномерно насыщенного тела
- •Диффузия из “концентрационной ступеньки”
- •1.4. Методы исследования диффузии в полупроводниках
- •1.4.1. Радиоактивные методы
- •1.4.2. Микрозондовые методы
- •1.4.3. Электрические методы
- •1.4.4. Емкостные методы
- •1.5. Последовательность выполнения работы
- •1.5.1. Диффузия из постоянного источника
- •1.5.2. Диффузия из равномерно насыщенного тела
- •1.5.3.Диффузия из слоя конечной толщины
- •1.5.4.Диффузия из «концентрационной ступеньки»
- •2. Расчет основных параметров легированного полупроводника
- •2.1. Закон действующих масс
- •2.2.Уровень Ферми
- •2.4. Последовательность выполнения работы
- •2.4.1. Необходимо определить
- •2.4.2. Пример расчета
- •3. Расчет основных параметров и характеристик p-n-перехода
- •3.1. Эффект поля
- •3.2. Концентрация электронов и дырок в области пространственного заряда
- •3.3. Образование и зонная диаграмма р-n перехода
- •Распределение свободных носителей в p‑n переходе
- •Поле и потенциал в p‑n переходе
- •Вольт‑амперная характеристика р‑n-перехода
- •Емкость p‑n перехода
- •3.8. Последовательность выполнения работы
1.4.2. Микрозондовые методы
Под действием зондирующего излучения с поверхности твердого тела испускаются вторичные частицы (электроны, ионы, нейтральные атомы или фотоны), несущие информацию о составе исследуемой мишени.
Метод вторично-ионной масс-спектроскопии (ВИМС) основан на взаимодействии первичного потока быстрых ионов (обычно это ионы инертных газов Ne, Ar, Kr, Xe) с твердым телом, приводящим к выбиванию атомов (или ионов) матрицы, и на масс-спектрометрическом анализе вторичных (выбитых) ионов или атомов. В этом методе анализируемая поверхность мишени облучается потоком первичных ионов, энергия которых Е=1÷20 КэВ. Первичный (имплантируемый) ион, испытывая парные (упругие и неупругие) столкновения с атомами мишени, проникает вглубь образца. При этом некоторые из атомов мишени в результате столкновения с первичным ионом могут получить кинетическую энергию (около 20 эВ) и направление, необходимые для выхода из мишени. Такие вторичные ионы далее направляются для анализа (по отношению массы к заряду e/m) в масс-спектрометр. В принципе, измерение концентрационных профилей метод ВИМС сводится к регистрации тока вторичных ионов исследуемого элемента в зависимости от времени распыления первичных ионов. Погрешность измерения концентрации этим методом составляет ~ 10%. Кроме исследования диффузионных явлений метод ВИМС применяют при изучении таких поверхностных процессов, как адсорбция, коррозия, катализ и др.
1.4.3. Электрические методы
Метод Субашиева-Полтинникова. Суть метода заключается в последовательном снятии тонких слоев с образца и измерении поверхностной электрической проводимости и эффекта Холла. Недостатками указанного метода определения профиля распределения примеси являются: 1) необходимость разрушения образца; 2) необходимость использования образцов правильной геометрической (прямоугольной) формы; 3) в случае исследования сильнолегированных полупроводников прижимные контакты становятся неомическим (выпрямляющими).
Четырехзондовый метод. Суть этого метода измерения распределения электрического сопротивления по толщине образца заключается в последовательном удалении тонких плоскопараллельных слоев и измерении удельного электрического сопротивления. Далее, пользуясь специальными таблицами, можно найти распределение концентрации носителей тока по толщине. Этот метод требует удаления большого числа слоев и измерения удельного электрического сопротивления и является довольно трудоемким, а также возникает следующее ограничение для измеряемых образцов − расстояние между зондами должно быть меньше толщины слоя.
1.4.4. Емкостные методы
Метод вольт-фарадных характеристик барьера Шоттки. Данный метод используют для определения концентрационного профиля примеси в сильнолегированных областях структуры. Для этого на поверхность косого шлифа наносят ряд барьеров Шоттки (равной площади и на равных расстояниях друг от друга). Далее проводят измерения вольт-фарадных характеристик диодов Шоттки. Источники погрешности могут возникать из-за геометрии барьера Шоттки, присутствия ловушек и уменьшения концентрации легирующей примеси.