Terminės difuzijos proceso tyrimas
5 (100%) 1 vote

Terminės difuzijos proceso tyrimas

Turinys

1. Terminės difuzijos proceso tyrimas

1.1. Terminė priemaišų difuzija

1.2. Priemaišų difuzijos mechanizmas ir greitis

1.3. Difuzijos procesų teorija

1.4. Terminės difuzijos proceso tyrimas

1.4.1. Priemaišų pasiskirstymo po priemaišų įterpimo etapo skaičiavimas

1.4.2. Priemaišų įterpimo etape priemaišos srauto tankio ir legiravimo dozės kitimo skaičiavimas

1.4.3. Priemaišos pasiskirstymo, po priemaišų perskirstymo etapo, skaičiavimas

1.4.4. Priemaišų pasiskirstymo tranzistoriuje, formuojamame dvikartės difuzijos būdu, skaičiavimas

2. Dvipolio tranzistoriaus parametrų skaičiavimas ir ekvivalentinės grandinės schemos sudarymas

2.1. Dvipolių tranzistorių statinės charakteristikos

2.2. Realios statinės charakteristikos

2.3. Dvipolio tranzistoriaus parametrų skaičiavimas

2.3.1. Dvipolio tranzistoriaus h parametru radimas

2.3.2. Tranzistoriaus Π pavidalo ekvivalentinės grandinės schemos sudarymas, jos elementų parametrų radimas

2.3.3. Išėjimo srovės kintamosios dedamosios skaičiavimas, kai kintamoji įėjimo įtampa yra 91 mV

2.3.4. Žemo dažnio įtampos stiprinimo koeficiento radimas, kai apkrovos varža lygi 213 Ω

3. Lauko tranzistoriaus parametrų skaičiavimas ir ekvivalentinės grandinės schemos sudarymas

3.1. Lauko tranzistoriaus tyrimas

3.1.1.Lauko tranzistoriaus perdavimo charakteristikos, kai UDS = 4, 8, 12 V

3.1.2.Lauko tranzistoriaus parametrų skaičiavimas nurodytame darbo taške.

3.1.3.Lauko tranzistoriaus ekvivalentinės grandinės schemos sudarymas.

3.1.4.fT skaičiavimas, kai C11 = 3 pF, C12 = 5 pF

3.1.5.Kintamosios išėjimo srovės dedamosios skaičiavimas, kai kintamosios įėjimo įtampos amplitudė yra 113 mV

3.1.6.Žemo dažnio įtampos stiprinimo koeficiento radimas, kai apkrovos varža lygi 242 Ω

4.Akustinės elektronikos įtaiso projektavimas

4.1.Paviršinių akustinių bangų įtaisai

4.2.Paviršinių akustinių bangų (PAB) juostinio filtro projektavimas

4.3.Paviršinio akustinių bangų juostinio filtro skaičiavimai

4.4.Grafiko aptarimas

5.Literatūra

ĮVADAS

Sukūrus planarinę diskretinių tranzistorių gamybos technologiją, atsirado galimybės realizuoti grupinius tranzistorių gamybos metodus – apdorojant vieną puslaidininkinę plokštelę, gaminti didelį tranzistorių skaičių. Be to susidarė prielaidos sukurti puslaidininkinę integralinę schemą.

Integracinės schemos – konstrukcinės, technologinės ir mokslinės bei techninės integracijos rezultatas. Integracija – tai dalių, elementų jungimas į visumą. Konstrukcinė integracija pasireiškia tuo, kad visi elektrinės schemos elementai integralinėje schemoje sudaro nedalomą visumą. Technologinės integracijos esmę sudaro tai, kad integralinių schemų gamyboje taikomi grupiniai gamybos metodai. Pagaliau mokslinė bei techninė integracija pasireiškia tuo, kad integracinių schemų gamyboje taikomi naujausi fizikos, chemijos, metalurgijos, metrologijos bei kitų mokslo ir technikos šakų laimėjimai.

Elektroninės aparatūros ir kompiuterizuotų informacinių sistemų pagrindą sudaro puslaidininkiniai integriniai grandynai (IG). Integrinių grandynų gamybai plačiai taikomas priemaišų difuzijos mechanizmas.

Šiame darbe išdėstoma puslaidininkių legiravimo teorija, difuzijos mechanizmo modeliai, Fiko lygčių sprendiniai analizuojami silicio planariosios technologijos difuzijos procesai, difuzinių sluoksnių parametrų skaičiavimas ir matavimo metodai. Jonų implantacijos fizikiniai pagrindai priemaišų koncentracijų pasiskirstymo profiliai.

Difuzijos procesas silicio puslaidininkių integrinių grandinių technologijoje taikomas aktyviųjų (tranzistorių, diodų) ir pasyviųjų (rezistorių, kondensatorių, jungiamųjų takelių) elementų struktūroms formuoti. Siekiant gauti reikalingą savitąją puslaidininkio varžą arba pakeisti laidumo tipą, į silicio kristalą įterpiami kito elemento (III arba V gr. Periodinės Mendelejevo sistemos) atomai.

1. Terminės difuzijos proceso tyrimas

1.1. Terminė priemaišų difuzija

Difuzija yra kryptingas medžiagos skverbimasis koncentracijos mažėjimo link dėl jos dalelių chaotiškojo judėjimo. Gaminant puslaidininkinius įtaisus ir puslaidininkinius integrinius grandynus, difuzijos reiškinys panaudojamas puslaidininkių legiravimui. Jau aptarėme, kad įvedus aukštoje temperatūroje difuzijos būdu į paviršinį puslaidininkio sluoksnį priemaišų, galima pakeisti to sluoksnio laidumo tipą arba sudaryti lokalias kitokio laidumo sritis.

1.2. Priemaišų difuzijos mechanizmas ir greitis

Terminė priemaišų difuzija vyksta dėl difunduojančios medžiagos – difuzanto – koncentracijos gradiento.

Priemaišų atomai į kietuosius kūnus gali skverbtis keliais būdais: užimdami vakansijas, prasiskverbdami tarp mazgų ir pasikeisdami vietomis su gretimais atomais.

Tikimiausias yra pirmasis priemaišų atomų difuzijos mechanizmas, nes aukštoje temperatūroje vakansijų gali būti gana daug. Jos atsiranda kaip Šotkio arba Frenkelio defektai. Kylant temperatūrai, vakansijų koncentracija auga, priemaišų atomų skverbimosi per vakansijas tikimybė didėja. Beje, didėjant prasiskverbusių į padėklą priemaišų koncentracijai ir dėl to mažėjant vakansijų koncentracijai, svarbesnis tampa antrasis priemaišų
skverbimosi kelias – per tarpmazgius. Mažiausiai tikėtinas trečiasis priemaišų atomų skverbimosi būdas, nes gretimi atomai gardelės mazguose gali pasikeisti vietomis tik įgiję gana daug energijos.

Difuzijos proceso greitį apibūdina difuzijos koeficientas. Terminės priemaišų difuzijos koeficientas paprastai išreiškiamas kvadratiniais centimetrais per sekundę (cm2/s). Jo skaitinė vertė reiškia skaičių dalelių, pereinančių per 1 cm2 plotą per 1 s, kai priemaišų koncentracijos gradientas lygus 1 cm–4.

Difuzijos koeficientas labai priklauso nuo temperatūros. Kylant temperatūrai, difuzijos koeficientas sparčiai didėja. Priklausomybė išreiškiama Arenijaus (Arrhenius) lygtimi:

; (1.1), čia – proporcingumo koeficientas; – difuzijos proceso aktyvacijos energija; – Bolcmano konstanta; – difuzijos proceso temperatūra.

Koeficientas priklauso nuo puslaidininkio ir priemaišos tipo, kristalografinės krypties, kuria vyksta difuzija, ir pradinės priemaišų koncentracijos. Aktyvacijos energija priklauso nuo puslaidininkio, priemaišos tipo ir difuzijos mechanizmo.

Kadangi koeficientas ir aktyvacijos energija priklauso nuo daugelio veiksnių, tai (1.1) lygtis gerai tinka tik difuzijos koeficiento priklausomybių nuo ir pobūdžiui išreikšti. Praktikoje priemaišų difuzijos koeficientas randamas iš literatūroje pateikiamų grafikų, sudarytų remiantis eksperimentų rezultatais.

1.3. Difuzijos procesų teorija

Difuzijos varomosios jėgos prigimtį aptarėme ir su pirmuoju Fiko dėsniu susipažinome, nagrinėdami krūvininkų difuziją. Taikydami šį dėsnį priemaišos difuzijai ir laikydami, kad priemaišos atomai skverbiasi į kristalą x ašies kryptimi, galime rašyti:

; (1.2)

čia – priemaišos atomų srauto tankis, – priemaišos koncentracija, – laikas.



Antrojo Fiko dėsnio matematinę išraišką galima išvesti remiantis pirmuoju dėsniu.

Antrasis Fiko dėsnis:

. (1.3)

Ši lygtis aprašo priemaišos kaupimosi greitį. Ja naudojantis galima nagrinėti difuzijos proceso dinamiką.Išsprendus (1.6) lygtį, randama priemaišos koncentracijos priklausomybė nuo difuzijos trukmės ir koordinatės, taigi galima apskaičiuoti priemaišos pasiskirstymą kristale bet kuriuo laiko momentu.

Dydis vadinamas difuzijos nuotoliu.

Priemaišos koncentracijos pasiskirstymą lemia difuzijos koeficientas (proceso temperatūra ) ir difuzijos proceso trukmė . Priemaišos profilio kitimą vaizduoja 3 paveikslo, a, kreivės. Vykstant difuzijai iš nesenkančio šaltinio, didesniame gylyje priemaišos koncentracija yra mažesnė. Tam tikrame gylyje, kol vyksta difuzija, priemaišos koncentracija didėja. Jei difuzijos procesas vyktų pakankamai ilgai, priemaišos koncentracija bet kuriame gylyje taptų tokia, kaip paviršiuje.

Nuo difuzijos proceso temperatūros ir trukmės priklauso ir legiravimo dozė – skaičius priemaišos atomų, perėjusių per vienetinį padėklo paviršiaus plotą per difuzijos laiką .

Praktikoje terminės priemaišų difuzijos procesą dažniausiai sudaro dvi stadijos. Difuzija iš nesenkančio šaltinio vyksta pirmojoje – priemaišų įterpimo stadijoje. Šioje stadijoje į ploną paviršinį kristalo sluoksnį įvedamas reikiamas priemaišų kiekis. Antrojoje – priemaišų perskirstymo stadijoje, aukštesnėje temperatūroje suformuojamas reikiamas priemaišų koncentracijos profilis.

Dažnai antrojoje difuzijos stadijoje atliekamas ir paviršiaus oksidavimas. Todėl antrojoje stadijoje priemaišų atomai per padėklo paviršių neprasiskverbia ir legiravimo dozė nekinta. Tada difuzija vyksta iš riboto šaltinio – pirmojoje stadijoje legiruoto paviršinio sluoksnio. Šiomis sąlygomis antrosios Fiko diferencialinės lygties sprendinys išreiškiamas formule:

; (1.4)

čia – priemaišos difuzijos koeficientas priemaišų perskirstymo etape, – šio etapo trukmė.

Galime rasti pn sandūros gylį arba parinkti difuzijos proceso sąlygas (proceso temperatūrą ir trukmę), kad sandūra susidarytų reikiamame gylyje. Po to galima rasti legiravimo dozę:

. (1.5)

1.4. Terminės difuzijos proceso tyrimas.

1. Apskaičiuoti ir nubraižyti priemaišų pasiskirstymą po priemaišų įterpimo etapo.

Pradiniai duomenys:

Difuzijos koeficientas (cm2/s) 1*10-13

Proceso trukmė (min) 20, 9, 6

Pirmame difuzijos etape laikoma, kad priemaišų įterpimas vyksta iš neišsenkančio šaltinio. Todėl, priemaišų pasiskirstymas apskaičiuojamas pagal formulę.

;

D – difuzijos koeficientas (cm2/s);

Šiuo metu Jūs matote 30% šio straipsnio.
Matomi 1208 žodžiai iš 4012 žodžių.
Peržiūrėkite iki 100 straipsnių per 24 val. Pasirinkite apmokėjimo būdą:
El. bankininkyste - 1,45 Eur.
Įveskite savo el. paštą (juo išsiųsime atrakinimo kodą) ir spauskite Tęsti.
SMS žinute - 2,90 Eur.
Siųskite sms numeriu 1337 su tekstu INFO MEDIA ir įveskite gautą atrakinimo kodą.
Turite atrakinimo kodą?
Po mokėjimo iškart gausite atrakinimo kodą, kurį įveskite į laukelį žemiau:
Kodas suteikia galimybę atrakinti iki 100 straispnių svetainėje ir galioja 24 val.