- •Isbn 5-7629-0557-8 © cПбГэту "лэти",
- •Введение
- •Краткое описание работы программ
- •1. Метод Чохральского
- •2. Метод зонной плавки
- •1.2. Эффективный коэффициент распределения
- •1.3. Распределение примеси вдоль слитка при вытягивании кристаллов из расплава
- •1.4. Порядок выполнения работы
- •1.5. Содержание отчета
- •1.6. Контрольные вопросы и задания
- •2.2. Марки полупроводниковых материалов
- •2.3. Порядок выполнения работы
- •2.4. Содержание отчета
- •2.5. Контрольные вопросы и задания
- •Лабораторная работа 3
- •Определение концентрации легирующих
- •И остаточных примесей и расчет их распределения
- •По длине кристалла
- •3.1. Расчет концентрации легирующей примеси
- •3.2. Расчет массы легирующей примеси
- •3.3. Определение выхода годного материала в пассивных методах выращивания кристаллов
- •3.4. Порядок выполнения работы
- •3.6. Содержание отчета
- •3.7. Контрольные вопросы и задания
- •Лабораторная работа 4 мЕтод двойного капиллярного тигля
- •4.1. Общие сведения
- •4.2. Выращивание кристаллов методом двойного капиллярного тигля
- •4.3. Распределение примеси вдоль слитка в методе двойного капиллярного тигля
- •4.4. Порядок выполнения лабораторной работы
- •4.5. Содержание отчета
- •4.6. Контрольные вопросы и задания
- •Лабораторная работа 5 зонная плавка
- •5.1. Метод зонной плавки
- •5.2. Распределение примеси вдоль слитка при зонной плавке
- •5.3. Зонная очистка (проход расплавленной зоны через однородный в среднем образец)
- •5.4. Проход легирующей зоны через чистый исходный образец
- •5.5. Метод целевой загрузки
- •При соблюдении условия (5.13) из выражения (5.12) получим:
- •5.6. Порядок выполнения работы
- •5.7. Содержание отчета
- •5.8. Контрольные вопросы и задания
- •Термодинамические характеристики германия и кремния и некоторых легирующих элементов
- •Параметры межатомного взаимодействия в твердой и жидкой фазах для некоторых бинарных систем на основе кремния и германия
- •Равновесные коэффициенты распределения k0 примесей в некоторых полупроводниках
- •Коэффициенты диффузии d [см2/с] основных легирующих примесей в расплавах германия и кремния при температуре плавления
- •Соотношение между удельным сопротивлением и концентрацией носителей заряда в кремнии п- и р-типа электропроводности
- •Продолжение таблицы 5
- •Окончание таблицы 5
- •Значение подвижности носителей заряда в кристаллах германия
- •Линейные коэффициенты испарения α [см/с] наиболее распространенных примесей в германии и кремнии
- •Физико-химические и электрические свойства важнейших полупроводников
- •Список рекомендуемой литературы
- •Технология полупроводниковых материалов
- •197376, С-Петербург, ул. Проф. Попова, 5
3.4. Порядок выполнения работы
1. Расшифровать марку материала, определить геометрические параметры кристалла и удельное сопротивление, пользуясь табл. 5 и 6 приложения.
По заданному значению доли по массе yi определить концентрацию фоновых примесей в расплаве Сфон.
Рассчитать эффективные коэффициенты распределения легирующих и остаточных примесей, соответствующие указанным в задании условиям выращивания монокристалла, используя справочные данные о равновесных коэффициентах распределения и коэффициентах диффузии примеси, приведенные в табл. 3 и 4 приложения. Если легирующая или фоновая примесь является летучей, рассчитать изменение концентрации примеси в расплаве к моменту начала роста кристалла, используя линейные коэффициенты испарения примеси α, приведенные табл. 7 приложения.
Исходные и расчетные данные для каждой примеси представить в виде табл. 3.1.
Таблица 3.1
|
Примеськ |
уi, (доля по массе) |
k00 |
D,т см2/с |
δ,т см |
kи |
kи |
kоб |
C0,0 см–3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2. Составить уравнение электронейтральности и рассчитать концентрацию легирующей примеси в расплаве С0, обеспечивающую заданное в марке удельное сопротивление материала.
3. Рассчитать массу легирующей примеси или лигатуры для заданной массы расплава.
4. Построить зависимости Ст = f(g) для легирующих и фоновых примесей для указанных в задании значений скорости кристаллизации f и скорости вращения кристалла относительно тигля ω.
Для расчета использовать рассчитанные значения С0 и данные табл. 3.1. Принять Ср = 0, Сп = 0, В = 1. Поверхность испарения F рассчитать по формуле (2.11).
5. Построить график распределения концентрации носителей заряда и удельного сопротивления по длине кристалла, используя данные табл. 5 и 6 приложения.
6. Рассчитать теоретический выход годного материала gβ и максимальный теоретический выход gβmax для указанных в задании условий проведения процесса.
3.6. Содержание отчета
Отчет должен содержать:
1. Расчет концентрации основных и фоновых примесей в кристалле и расплаве в соответствии с указанной маркой материала, формулы и примеры расчетов.
2. Таблицы исходных и расчетных данных.
3. Распределение концентрации легирующей и фоновой примесей вдоль слитка.
4. Распределение концентрации носителей заряда и удельного сопротивления по длине слитка.
5. Расчет массы легирующей примеси или лигатуры.
6. Расчет теоретического выхода годного материала.
7. Выводы по работе.
3.7. Контрольные вопросы и задания
1. Какие способы выражения концентрации вы знаете?
2. В кремнии содержится 10–7 доли по массе примеси фосфора. Рассчитайте концентрацию фосфора в атомах на кубический сантиметр.
3. Что такое лигатура? В каком случае для легирования монокристаллов целесообразно использовать лигатуру?
4. Что такое фоновые примеси? Как учесть концентрацию фоновых примесей при расчете условий легирования кристаллов?
5. Рассчитайте концентрацию акцепторных и донорных примесей в монокристалле кремния р-типа электропроводности с удельным сопротивлением 5 Ом∙ см, если степень компенсации составляет 40%.
6. Рассчитайте концентрацию бора в расплаве кремния, необходимую для выращивания монокристалла КДБ-1,0, если скорость кристаллизации равна 1 мм/мин, скорость вращения кристалла относительно тигля 90 об/мин. Какую массу примеси или лигатуры следует взять, если масса расплава составляет 10 кг?
7. Определите концентрацию мышьяка на начальном участке кристалла кремния марки КЭМ-3,6, если исходный поликристаллический кремний содержит фоновые примеси бора в количестве 6.10–9 доли по массе и алюминия 8.10–8 доли по массе. Скорость кристаллизации 1,5 мм/мин, скорость вращения кристалла относительно тигля 80 об/мин.
8. Рассчитайте массу примеси мышьяка или лигатуры, которую необходимо ввести в расплав кремния в предыдущем задании, если масса расплава составляет 8 кг.
9. Определите концентрацию примесей в расплаве и массу примесей или лигатуры, необходимых для выращивания кристалла ГДГ-5,6, на 30% компенсированного сурьмой. Масса расплава 5 кг, скорость кристаллизации 0,5 мм/мин, скорость вращения кристалла относительно тигля 40 об/мин.
10. Как учесть испарение летучих фоновых и легирующих примесей из расплава при расчете распределения легирующих примесей по длине слитка?
11. Как изменится концентрация фосфора в расплаве кремния на начальных этапах роста кристалла, если расплавление исходной загрузки, прогрев и оплавление затравки составляет 20 мин, выход кристалла на диаметр –15 мин. Диаметр тигля 200 мм, диаметр кристалла 80 мм. Линейный коэффициент испарения фосфора α = 5.10–4 см/с.
12. Определите степень компенсации кристалла кремния, легированного бором и мышьяком, в начале слитка и при g = 0,8. Концентрация примеси бора в расплаве составляет C0B = 2.1015 см-3, концентрация примеси мышьяка C0As = 1015см–3. Скорость кристаллизации 1 мм/мин, скорость вращения кристалла относительно тигля 100 об/мин. Возможна ли в данном кристалле смена типа электропроводности?
13. Объясните понятие "выход годного материала". Как зависит величина выхода годного материала от заданного значения разброса параметров и коэффициента распределения примеси?
14. Рассчитайте выход годного материала при выращивании кристалла кремния, легированного сурьмой, если β = 10%, скорость кристаллизации 1,5 мм/мин, скорость вращения кристалла относительно тигля 50 об/мин. Чему равен для этих условий выращивания максимально возможный выход годного gβmax?
15. Как изменится выход годного материала при выращивании кристалла германия, легированного галлием, если скорость кристаллизации увеличить от 0,5 до 5 мм/мин, а разброс параметров составляет β = 10%; 20%? Скорость вращения кристалла относительно тигля 80 об/мин.