SLIDE BÁO CÁO KHUẾCH TÁN TẠP CHẤT

KHUẾCH TÁN TẠP CHẤT

Khu ch tán t p ch t

Lê Tu n

M c c đ đ ích:

Khu ch tán là ph ng pháp c đi n đ đ a t p ch t vào đ bán

đ d n c a các l p.

Tuy c y ion hi n nay h u nh đã thay th vai trò c a khu ch tán c

đi n trong s n xu t các linh ki n bán d n và vi đi n t , nh ng các

Các ngu n khu ch tán

̈ Ngu n khí: th ng ng đ đ c pha loãng trong khí mang Ar hay H2.

Các khí PH3 (phosphin), B2H6 (diboran), AsH3 (arsin) pha trong Ar.

̈ Ngu n r n: th ng ng đ đ c x p bên c nh các phi n trong lò khu ch tán.

̈ Trong l p SiO2 pha t p m nh (Spin-on-glass)

̈ Ngu n l ng: r t ph bi n trong công nghi p, qua các ng s c khí và

đi u ch nh b ng l u l ng k

Khu ch tán (ti p)

Các c ch khu ch tán t p ch t

C ch th ch – khu ch tán nút khuy t (a) :

Trong m ng tinh th luôn t n t i nút khuy t Nhi t đ càng cao, s l ng nút khuy t càng t ng lên Nguyên t t p ch t th ch c a nguyên t Si t i v trí các nút khuy t, c ng nh nh y t nút khuy t này sang nút khuy t khác trong m ng tinh th Các t p ch t thông

th ng nh B, P, As, Sb tuân theo c ch này Khu ch tán theo c ch th ch x y ra v i t c đ t ng đ i ch m, nên v m t công ngh là d đi u khi n.

C ch di chuy n gi a các nút m ng – khu ch tán xen k (b):

Nguyên t t p ch t khu ch tán b ng cách chen l n trong kho ng không gian gi a các nguyên t Si các nút m ng C ch này không đòi h i vi c t o ra và di chuy n các nút khuy t nên khu ch tán x y ra nhanh h n nhi u so v i c ch th ch Các nguyên t Fe, Cu và các kim lo i n ng khác - là các t p ch t không mong mu n – th ng khu ch tán nhanh và b b t t i các b y n m xa vùng ho t đ ng

c a IC (m t sau c a phi n Si) nh s d ng hi u ng gettering

Nguyên t t p ch t đánh b t nguyên t Si ra kh i v trí nút m ng tinh th

C ch Frank – Turnbull (e):

Nguyên t t p ch t sau khi di chuy n khá dài trong tinh th s chi m m t nút m ng tinh th còn tr ng.

Hai c ch (a) và (b) chi m u th trong khu ch tán Mô hình khu ch tán đ c áp d ng chung cho c hai c ch

H s khu ch tán , v i

EA – n ng l ng ho t hóa khu ch

tán và D0 đ đ c tr ng cho t p ch t

và tinh th n n

Khu ch tán (ti p)

S ph thu c nhi t t đ đ c a h s khu ch tán n đ đ i v i m t s ch t

Tr ng h p khu ch tán ng ng n ng ng đ đ ng – Co không không đ đ i t i b m t

(Predepossition dose case)

Dùng ng điđi u ki n ban n ban đđ u và điđi u ki n biên : C(x, 0) = 0; C(0,t) = Co; C( , t) = 0 Co –n ng ng đđ t p ch t ban đ

ban đ u trên b m t phi n, cógiá tr b ng gi i h n hòa tan bão hòa c a t p trong bán d n

Khu ch tán (ti p)

Tr ng h p Co không không đ đ i t i b m t (ti p)

Phân b t p tm m đđ c d i d ng

V i erf – hàm sai s ; erfc – hàm sai bù;

–chi u dài khu ch tán

M t s tnh ch t c a các hàm sai s và sai bù:

Khu ch tán (ti p)

Khu ch tán (ti p)

Phân b l i t p ch t sau quá trình ng ng nh ng ng đ đ ng – khu ch tán vào

̈ Giá tr g n n đ đ úng (x) chính xác c đ đ n n đâu đâu ?

Khi so sánh v i nghi m chính xác, có m t tiêu chu n , R càng < 1 càng t t

N u g i:

D1– h s khu ch tán c a t p trong giai p trong giai đođo n khu ch tán ng ng n ng ng đđ ng,

D2– h s khu ch tán c a t p trong giai p trong giai đođo n khu ch tán vào,

t1 –th i gian khu ch tán ng ng n ng ng đđ ng,

t2 –th i gian khu ch tán vào,

N ng ng đ đ t p ch t phân b l i theo bi u th c:

Các tr ng h p sai l ch kh i lý thuy t khu ch tán n đon gi đon gi n:

Tham kh o trong Physics and Technology of Semiconductor Devices , A S Grove, Univ of California, Berkeley (B n d ch ti ng Vi t: V t lý và công ngh các d ng c bán d n , Ph m Trung D ng, NXB Khoa h c & K thu t, Hà N i, 1978).

Khu ch tán nhi u giai u giai đo đo n

Khi phi n n đ đ bán d n tr i qua n l n khu ch tán, ta có:

v i Di, ti – t t ng ng ng là h s khu ch tán t p ch t

và th i gian khu ch tán c a giai a giai đo đo n khu ch tán th i

Khu ch tán t o chuy n ti p p-n

Trong nhi u tr ng h p, ng i ta khu ch tán vào bán d n lo i t p ch t ng c

lo i d n v i t p ch t có s n trong n trong đ đ bán d n và t o ra chuy n ti p p-n khu ch tán (các transistor l ng c c công ngh khu ch tán s n xu t nh ng n m 1960 – 1970, các vùng cách ly trong công ngh planar s n xu t các IC CMOS, BiCMOS, l ng

c c v i c transistor lo i n-p-n và p-n-p, v.v…)

Chi u sâu l p chuy n ti p luy n kim do khu ch tán (kích th c m t vùng c a chuy n ti p p-n: (Co– n ng ng đđ t p b m t; CB –n ng ng đđ t o trong o trong đđ )

̈ Trong tr ng h p khu ch tán ng ng n ng ng đđ ng

(n ng ng đđ t p b m t không t không đđ i):

̈ Trong tr ng h p khu ch tán vào

(t ng s nguyên t t p không p không đđ i):

∑

=

i i i tot D t Dt

1

) (

C

C erfc

C

C Dt

Khu ch tán ngang d i m t n khu ch tán

T p ch t khu ch tán theo c chi u ngang d i l p m t n b o v , do o đ đ ó, m r ng vùng c a s khu ch tán th c t

Do hi n t ng khu ch tán ngang, đi đi n áp p đ đ ánh th ng gi a các vùng n và p có th b

gi m, kích th c hình h c các ph n c a linh ki n có th b sai l ch, d n t i s thay thay đ đ i thông s đi đi n c a linh ki n

T l chi u dài khu ch tán

s d d

(65÷70) %

≈

=const

Q n

t

d d

Sau khi t m th c l a ch n (dung d ch: vài gi t

HNO3 trong 100 cm3 HF, nhi t t đ đ phòng, th i

gian 30 – 60 s; ho c dung d ch HF:HNO3:C2H4O2

= 1:3:10), vùng p-Si s s m màu h n vùng n-Si;

R b

R

2

2 2 2

2 2

=

i n tr b m t R s (đi n tr vuông, đ n v Ohm/vuông) đđ c xác c đđnh

b ng công th c (µ – đđ linh linh đđ ng c a h t t i i điđi n):

̈ Ph Ph ng ph ng ph áp b n m i dò

đ c dùng nhi u nh t M t dòng t dòng điđi n nh Iđđ c c đ a qua hai đđ a qua hai đ u m i dò

ngoài cùng, còn gi a hai m i dò bên trong, ng i ta i ta đo sđo s t áp V.

N u kích th c c a m u (đ ng kính phi n) là d, chi u dày c a m u

bán d n là W, công th c g n n đđúng ng đđ tnh nh điđi n tr su t khi W << d :

a –h s điđi u chnh, cógiá tr b ng 4,5325 khi d/s 20

̈ Ph Ph ng ph ng ph áp C-V:

N ng ng đđ h t t i c b n (là n ng ng đđ c a t p ion hóa m t l n hoàn toàn)

có th xác c đđnh qua nh qua đđ c tuy n n điđi n dung – điđi n áp ng c trên chuy n

ti p p-n ho c c a diode Schottky (q – điđi n tích electron; C’ – điđi n dung

trên 1 đ n vđ n v di n tích m u; s – h ng s điđi n môi c a bán d n):

∫

= l

s

dx x C q R

0

)(

n

s

2 '1

12

ε

n):

Khu ch tán (ti p)

̈ Ph Ph ng ph ng ph áp Van der Pauw

Ta c ng l i dùng b n ti p xúc, nh ng nh ng đđ c b trí đđ i x ng và đđánh s đđ ti n theo dõi Dòng

đi n Iđđ c c đ a qua hai tiđ a qua hai ti p xúc k nhau, còn hi u u điđi n th đđ c c đo trên hai tiđo trên hai ti p xúc còn l i

gi m thi u sai s do s b t t đđ i x ng v hình h c có th có, phép p đo đđo đ c ti n hành ba l n

n a, m i l n m u u đđ c xoay c xoay đi đi 90 º Giátr điđi n tr trung bình là:

+

=

23

41 12

34 41

23 34

V I

V I

V

2 ln

π

=

ph n m u và ti p xúc

Dòng đi n I đi qua hai mđi qua hai m t t đđ i di n c a m u u đ n giđ n gi n có hình kh i ch

nh t N u không có t tr ng B thì trên hai m t bên vuông góc v i chi u

dòng đi

Khi t tr ng ngoài B đđ c c đđ t vuông góc v i chi u dòng u dòng điđi n l c Lorentz s b cong qu đđ o c a

h t t i i điđi n, làm cho chúng chuy n n đđ ng l ch v m t phía, gây ra các n ng ng đđ h t t i i điđi n – và do

đó – điđi n th gi a hai m t t đđó trên m u s khác nhau Hi u u điđi n th này y đđ c goi là hi u u đi đi n th

h ng c a các h t t i i điđi n: UH = Eyw = vxBzw, v i vx– v n t c trôi c a h t t i i điđi n, w – b r ng l p khu ch tán, Bz – c m ng t tr ng ng đđ c c đđ t hoàn toàn theo phn theo ph ng trng tr c z

V n t c trôi vxc a h t t i i điđi n, xu t phát t bi u th c dòng c dòng điđi n, đđ c vi t: t:

v i <C> -n ng ng đđ trung bình c a t p ch t trong l p khu ch tán M t khác, theo

đnh nghĩa , nên và ta rút ra bi u th c

c a a đđ linh linh đđ ng Hall:

linh linh đđ ng Hall µH là m t thông s điđi n quan tr ng c a l p bán d n, th ng ng đđ c xác c đđnh

và so sánh v i giátr đđ linh linh đđ ng µ đo tđo t các phép p đo điđo đi n khác

C qwx

I v

x

qU

B I C x Cdx

1

=

µ

Cho đ chính xác t i 1 ppb (t c 10-9) M u u đđ c c đđ t trong chân

không cao ~ 10-9 torr Ion on đđ n n đđ c gia t c 1 – 5 kV t i b n phá đđ ,

làm b t ra các ion th c p Sau khi Sau khi đđ c tách ra b ng kh i ph k ,

Các ion He+đđ c gia t c t i MeV t i b n

pháb m t m u và chui sâu vào m u, sau sau đđó, b các nguyên t t p

ch t (vàc bán d n, t t nhiên!) tán x ng c tr ra u dò thu

nh n l i các ion He+, phân tích theo n ng l ng c a chúng ng đđ tnh

1 Dai Co Viet Str., Hanoi, Vietnam

Mobile: 0912 560 536E-mail: le.tuan@vnn.vn