Курсовой расчет / Liza / Кур.Л

Государственный комитет РФ по высшему образованию

Санкт-Петербургский Государственный Электротехнический

Университет им. В.И. Ульянова (Ленина)

Курсовая работа по Физ.Хим.МиЭЭТ:

Расчет газотранспортных и диффузионных процессов в технологии электронных приборов

Студентка группы 2211: Бескова Е.А.

Проверил: Зубко С.П.

Санкт-Петербург

2005г.

Общие сведения

Газотранспортные химические реакции широко применяются в современной полупроводниковой технологии для эпитаксиального выращивания монокристаллических слоев с высокой степенью структурного и электрофизического совершенства. Для этой цели в газовый поток, создаваемый газом-носителем (каковым часто является водород), вводится так называемый транспортный агент. Его основная функция – осуществлять травление полупроводникового материала с образованием газообразных продуктов реакции, переносимых потоком (конвекционным или диффузионным) из зоны травления в зону осаждения.

Для GaP роль транспортного агента могут выполнять пары воды H₂O. Основной газотранспортной реакцией при этом является реакция с образованием летучего окисла Ga₂О:

2GaP(т)+ H₂O(г) Ga₂О(г)+P₂(г)+H₂(г) (1)

В изучаемой системе наряду с основной газотранспортной реакцией (1) возможно протекание конкурирующих реакций, препятствующих транспорту арсенида фосфора в газовой фазе с помощью паров воды. Это происходит вследствие связывания галлия в форме новой конденсированной фазы. Такими фазами являются твердый окисел Ga₂О₃(т) и жидкий галлий Gа (ж), образующиесяпо ракциям:

2GaP(т)+3H₂O(г) Ga₂О₃(т)+ P₂(г)+3H₂(г) (2)

2GaP(т) 2Ga(ж)+ P₂(г) (3)

Возможность осуществления кристаллизации GaР в соответствии с газотранспортной реакцией (1) при условии подавления конкурирующих реакций (2) и (3) оценивают по составу газовой фазы. Подавление конкурирующих реакций имеет место при условии, если их изобарный потенциал положителен. В этом случае реакции (2) и (3) смещены влево, так что образование твердого окисла Ga₂О₃(т) и жидкого галлия Gа (ж) не происходит.

Первым этапом анализ является определение температурного хода констант химического равновесия для реакций (1)-(3) на основании таблиц стандартных термодинамических таблиц.

1.Химическое осаждение арсенида галлия из газовой фазы в системе GaP – H₂O – H₂

Молекулярная формула	dH0f , кДж/моль			dS0 , Дж/моль
	Крист	Жид	Газ	Крист	Жид	Газ
H2			0			130,7
H2O		-285,8	-241,8		70	188,8
GaP	-88					15,2
Ga2O	-356
Ga2O3	-1089,1			85
Ga	0	5,6	272	40,8		169
P2			144			218,1

но мы работаем в первом приближении, т. е.: , а это значит:

и

1 реакция

2 реакция

3 реакция

2. Расчет и построение зависимостей констант равновесия от температуры для трех реакций:Kp1(T), Kp2(T), Kp3(T):

3. Расчет степени превращения α(Т,а):

Функциональная зависимость α=f(Т,а) при имеет вид:

Где -относительная влажность водорода

4. Расчет зависимостей Р_Н2О(Т,а), Р_Ga2O(Т,а), Р_Р2(Т,а):

Суммарное давление в системе: Р_∑= Р_Н2+Р_Н2О +Р_Ga2O+Р_Р2

На вход системы подается в качестве газа-носителя водород под давлением Р_Н2, насыщенный парами воды с парциальным давлением Р_Н2О путем пропускания через специальный сосуд с водой, называемый барботером. Величина Р_Н2О регулируется при помощи температуры барботера и измеряется точкой росы увлажненного водорода. Относительная влажность водорода задается параметром

,

где и - число молей воды и водорода, вводимых в систему.

Пусть по реакции (1) вступило во взаимодействие с арсенидом фосфора α молей паров воды. Тогда в соответствии со стехиометрией реакции равновесное число молей в системе таково:

Полное число молей записывается как

Отсюда полное давление каждого компонента равняется:

5. Расчет температурных зависимостей ΔG₂(Т,а) и ΔG₃(Т,а) для заданных а

Для термодинамической оценки возможности подавления конкурирующих реакций необходимо рассчитать их изобарный потенциал ΔG для давлений в системе, полученных из расчета состава газовой фазы, созданного основной реакцией (1). Такую газовую фазу принято называть стехиометрической. Уравнение Вант-Гофа для конкурирующих реакций принимает следующий вид:

а) для реакции (2)

б) для реакции (3)

6.Определение область стехиометричности газовой фазы:

Решение уравнений ΔG₂(Т,а)=0 и ΔG₃(Т,а)=0, описывающих равновесие реакций (2) и (3), дает на плоскости Т-а две линии, ограничивающие область, где протекает основная реакция (1) и подавлены конкурирующие реакции. Эта область называется областью стехиометричности газовой фазы. Внутренние точки этой области соответствуют оптимальным режимам проведения эпитаксиального процесса выращивания арсенида фосфора в системе GaP-H₂O-H₂.

7.Диффузионное легирование полупроводников.

1. Построение зависимости коэффициента диффузии от температуры

Коэффициент диффузии D выражается в соответствии с законом Аррениуса:

,

где k – постоянная Больцмана; D₀, Ea – постоянные значения коэффициента диффузии при стандартной температуре и энергия активации.

P:

B:

2. Расчет профиля распределения концентрации в p-n-p-структуре

Распределение примесей:

Общее распределение примесей:

Получили глубины залегания:

3. Расчет профиля распределения концентрации в p-n-p-структуре

Распределение примесей:

Общее распределение примесей:

Получили глубины залегания:

Список литературы

1. Барыбин А.А., Сидоров В.Г. Физико-технологические основы электроники.  СПб.: Издательство «Лань», 2001. – 272 с.

2. Китель Ч. Введение в физику твердого тела. /Пер. с англ.  М.: «Мир», 1980. – 420 с.

3. Крапухин В.В., Соколов И.А., Кузнецов Г.Д. Теория процессов полу-проводниковой технологии. Электронные и микроэлектронные материалы и компоненты твердотельной электроники.  М.: МИСИС, 1995.  493 с

4. Курносов А.И., Юдин В.В. Технология производства полупроводниковых приборов и интегральных микросхем.  M.: «Высш. шк.», 1986. – 368 с.

5. Свойства неорганических соединений. Справочник / Ефимов А.И. и др.  Л.: «Химия», 1983  392 с.

6. Технология и аппаратура газовой эпитаксии кремния и германия / Скворцов И.М., Лапидус И.И., Орион Б.В. М.: Энергия, 1978.  136 с.

7. Угай Я.А. Введение в химию полупроводников.  M.: «Высш. шк.», 1975. – 302 с.

15