Диффузионные процессы в полупроводнике

Подготовил: Пономарёв П.И

2012

Введение

Научно-техническое направление, связанное с получением и применением тонких пленок в последнее время претерпело стремительный рост и во многих отраслях современной промышленности в настоящее время занимает ключевые позиции. Развитие новых отраслей техники стимулировало использование материалов в виде тонких (тысячи ангстремов и микроны) и сверхтонких (десятки и сотни ангстремов) пленок. В последнее время наблюдается интенсивное развитие в физике твердого тела такого направления как наноэлектроника, к которому можно отнести тонкопленочные многослойные структуры полупроводник-металл-диэлектрик. Разнообразные электронные и атомные процессы в подобных структурах во многом определяются межфазными явлениями на границах раздела между полупроводником и металлом, металлом и диэлектриком, диэлектриком и полупроводником. В мировой литературе имеется ряд монографий, детально анализирующих электронные явления на границе полупроводника с диэлектриком. Значительно меньше внимания уделяется границе полупроводник и металл. Но процессы на таких границах часто оказывают значительное влияние на работу приборов, созданных на основе сложных структур, например, элементов интегральных схем, сверхпроводящих пленочных элементов, фотоэлектрических преобразователей солнечной энергии и т.д. Также исследования реакций в тонких пленках по большей части стимулируются требованиями технологии. В области интегральных схем наблюдается подход к рубежу, когда пленки по своим размерам будут близки к атомным слоям. В то же время изучение тонких пленок представляет большой научный интерес. Понимание закономерностей явлений, протекающих в тонких пленках и на границе раздела, может привести к значительному прогрессу и в других направлениях науки и техники.

Данная работа посвящена изучению диффузионных процессов, происходящих в тонких пленках и на их поверхности, а так же зависимости протекания диффузии от внешних условий.

В структурах на основе массивных объектов или толстых слоев взаимодиффузию и реакции на расстояниях порядка 100 Å обычно можно не принимать во внимание. В случае же тонкопленочных структур наблюдаются резко выраженные реакции даже при комнатных температурах (тепловая диффузия). Освещение структуры светом существенно усиливает взаимодиффузию – фотодиффузию.

1. Диффузия как физическое явление

диффузия твердый многослойный бессеребряный

Диффузия – перенос частиц разной природы, обусловленный хаотическим тепловым движением молекул (атомов) в одно- или многокомпонентных газовых либо конденсирированных средах. Такой перенос осуществляется при наличии градиента концентрации частиц или при его отсутствии; в последнем случае процесс называется самодиффузией. Различают диффузию коллоидных частиц – броуновская диффузия, в твердых телах, молекулярную, нейтронов, носителей заряда в полупроводниках и др., перенос частиц в движущейся с определенной скоростью среде – конвективная диффузия, диффузия частиц в турбулентных потоках – турбулентная диффузия. Все указанные виды диффузии описываются одними и теми же феноменологическими соотношениями.