Методы модифицирования поверхности твердого тела. Диффузия.

Диффузия

Диффузионные модели развивались с позиций двух основных приближений:

-Теории сплошных сред с использованием уравнений диффузии Фика. Модель, исходя из диффузионного уравнения Фика и соответственно коэффициента диффузии, определяется экспериментально путем измерения поверхностной концентрации.

- Атомистическая теория, которая принимает во внимание взаимодействие между точечными дефектами (вакансии и междоузлия) с одной стороны и примесными атомами с другой.

Механизм диффузии в реальных кристаллах

атомы могут обмениваться местами – обменный механизм;

атом может покинуть свое обычное положение в узле решетки и двигаться по междоузлиям, пока не попадет в вакантный узел, покинутый другим диффундирующим атомом – межузельный механизм;

атомы могут диффундировать посредством параллельных перескоков по вакантным узлам

– вакансионный механизм. Диффундирующий атом может

вытеснить атом основного вещества, заняв его место – механизм замещения

Источники примесей для проведения диффузии

Реакции при внедрении примесей

(2х+y)P2O5 + хSi → 4хР + (SiO2)х·( P2O5)y + 4хO2,

4PH3 + 5O2 → 2P2O5 + 6H2, В потоке газа:

B2H6 → 2B + 3H2;

4B + 3O2 → 2B2O3;

на поверхности кремния: Si + O2 → SiO2;

2B2O3 + 3Si → 4B + 3 SiO2; xSiO2 + yB2O3 → (SiO2)х·( B2O3)y.

Распределение примесей при диффузии. Диффузия из источника бесконечной мощности

N(x, t) = 0 при t = 0; N(0, t) = Ns1 при t > 0 и x = 0.

N1 x,t NS1 erfc 2 xD1t1

Предельная растворимость легирующих примесей в кремнии

Диффузия из источника ограниченной мощности