- •Лекция №8.
- •5. Полунепрерывная и непрерывная зонная плавка
- •6. Легирование полупроводников
- •Основные задачи легирования
- •Параметры, характеризующие процесс легирования
- •Выбор легирующей примеси
- •Зависимость коэффициента распределения от ионизации примеси и ее концентрации
- •А. Слабое легирование
- •Б. Сильное легирование
- •Взаимодействия раствора с внешней средой
- •Влияние других примесей, находящихся в растворе
- •Способы легирования
- •Легирование непосредственно в процессе получения полупроводникового кристалла:
- •Введение примеси в уже полученный полупроводниковый кристалл:
- •Лекция №9.
- •Получение однородно легированных полупроводников. Примесные неоднородности
- •Методы исследования примесных неоднородностей
- •Метод Чохральского
- •Испарение летучей примеси.
- •Направленное изменение эффективного коэффициента распределения в процессе выращивания.
- •Направленное изменение состава жидкой фазы в процессе выращивания.
- •Метод зонной плавки
- •Причины возникновения неоднородного распределения примеси в поперечном сечении
- •Искривление фронта кристаллизации.
- •Концентрационное переохлаждение.
- •Периодическая неоднородность распределения примеси по длине
- •Канальная неоднородность.
- •Лекция № 10 Получение кристаллов с совершенной структурой.
- •Лекция №11 Эпитаксиальные методы.
- •Жидкофазная эпитаксия
- •Неизотермический вариант жфэ (способ равновесного охлаждения)
- •Изотермический вариант жфэ
- •Наиболее важные параметры эпитаксиальных слоёв.
- •При жфэ увеличение градиента температуры в жидкой фазе позволяет улучшить морфологию поверхности. Лекция № 12 Газофазная эпитаксия
- •Метод горячей стенки (Атомно-слоевая эпитаксия)
- •Метод кристаллизации вещества, синтезированного в газовой фазе (метод химических реакций с использованием гетерогенного косвенного синтеза.)
- •Рост из газовой фазы с использованием металлорганических соединений
- •Список литературы
Выбор легирующей примеси
Выбранная легирующая по возможности примесь должна обладать совокупностью свойств:
-
высокой растворимостью в полупроводнике для варьирования свойств в широких пределах;
-
близостью атомных радиусов примеси и полупроводникового материала, что исключает напряжения в выращиваемой структуре;
-
коэффициентом распределения примеси в идеальном случае близким к 1, что облегчает задачу получения однородно легированного кристалла;
-
оптимальным давлением паров. Определяется способом введения примеси в полупроводник;
-
быть нетоксичной и поддающейся высокой степени очистки.
Выбор примеси определяется также видом решаемой задачи.
-
Для управления электрофизическими свойствами, необходимо, чтобы примесь создавала локальные примесные центры с минимальным зарядом. Этому условию отвечают водородоподобные примеси (примеси элементов, отличающиеся по валентности на единицу). При этом необходимо учитывать характер температурной зависимости растворимости примеси в полупроводнике.
-
Для создания резкого p-n перехода необходимо учитывать диффузию в твердой фазе. В этом случае коэффициент диффузии в твердой фазе должен быть минимальным.
-
При управлении рекомбинационными характеристиками (диффузионной длиной и временем жизни неосновных носителей заряда) используются примеси, создающие в запрещенной зоне глубокозалегающие уровни (атомы переходных металлов), которые создают ловушки для носителей заряда. Эти примеси используются для создания высокоомных или полуизолирующих полупроводников, применяемых в качестве подложек в эпитаксиальных процессах. В этом случае, в полупроводнике внутри запрещенной зоне образуются глубокие уровни, которые способствуют компенсации мелких донорных (акцепторных уровней). В виду неполной ионизации примесных атомов концентрация глубокой примеси всегда превышает концентрацию мелкой примеси.
-
Для оптоэлектронных приборов часто применяют изоэлектронные примеси, создающие специфические уровни (донорный уровень ниже уровня Ферми или акцепторный выше уровня Ферми). Такие уровни не влияют на электрофизические характеристики, но активно участвуют в рекомбинационных процессах. Примером таких примесей являются элементы lll и V групп периодической системы для полупроводниковых соединений типа AlllBV.
-
В ряде случаев для легирования используют амфотерные примеси. Для соединений AlllBV амфотерной примесью являются элементы ΙV группы, например, германий. В позиции Alll примесь ведет себя как донор, в позиции BV как акцептор. Например, в GaAs<Ge> могут образовываться примесные центры: – донор – акцептор, а также комплексы дефектов: – нейтральный комплекс и – акцептор. Поведение амфотерной примеси зависит от способа получения полупроводника. Например, при жидкофазной эпитаксии в происходит варьирование характера поведения примеси с переходом от n-типа проводимости к p-типу при t0~8200С. При температуре выращивания выше 8200С проявляется n-тип проводимости, ниже – р-тип.
-
Для обеспечения постоянства уровня легирования по длине кристалла, если не удается подобрать примесь с коэффициентом распределения близким к 1, применяют сложное легирование путем введения в полупроводник нескольких примесей. При подборе пары примесей для одной , для другой .
-
В некоторых случаях введение легирующей примеси используется во вспомогательных целях, в частности, для изменения фоновых примесей. Например, для кремния кислород является нежелательной фоновой примесью. Для уменьшения концентрации используется в качестве добавки , так как обладает высоким сродством к кислороду.
Если процесс легирования производится из жидкой фазы, то эффективный коэффициент распределения может изменяться в пределах от до единицы. На величину эффективного коэффициента распределения влияет целый ряд факторов связанных как с определением величины отклонения от равновесного состояния, так и с некоторой неопределенностью значений .
Во-первых, наличие в расплаве других примесей, строго говоря, требует рассмотрения не двухкомпонентной диаграммы вещество-примесь, а более сложной диаграммы, определяющей значения .
Во-вторых, поскольку скорости роста кристалла в различных направлениях отличаются, то при послойном формировании кристалла для медленнорастущих граней будет ближе к значениям , чем для быстрорастущих. Это приведет к неоднородному распределению примеси по сечению кристалла. Кроме того, при различной ориентации затравки значения также будут отличаться.
В-третьих, предположение о линейной зависимости ликвидуса и солидуса вблизи точки плавления вещества (или независимости значений от состава) является достаточно грубым.
В-четвертых, кристаллизация происходит не в изолированных условиях, а, следовательно, неизбежно влияние на значения окружающей среды (атмосферы в установке, материала контейнера и т.д.).
И, наконец, в большинстве случаев технолога интересует не валовое содержание примеси в кристалле, а электрически активная ее часть.
Рассмотрим некоторые способы учета вышеперечисленных факторов.