第三章扩散作业

发布 2022-07-14 02:17:28 阅读 6039

1、短沟道效应(short channel effect):短沟道效应主要是指阈值电压与沟道相关到非常严重的程度。源-漏两极的p-n结将参与对位于栅极下的硅的耗尽作用,同栅极争夺对该区电荷的控制。

栅长lg越短,被源-漏两极控制的这部分电荷所占的份额比越大,直接造成域值电压vt 随栅长的变化。

2、方块电阻(薄层电阻)定义:方块电阻的大小直接反映了扩散入硅内部的净杂质总量。

q: 从表面到结边界这一方块薄层中单位面积上杂质总量。

3、体电阻与方块电阻的关系:

方块时,l=w,r=rs。所以,只要知道了某个掺杂区域的方块电阻,就知道了整个掺杂区域的电阻值。

4、固溶度(solid solubility):在平衡条件下,杂质能溶解在硅中而不发生反应形成分凝相的最大浓度。

5、扩散定义:材料中元素分布的不均勻会导致扩散行为的进行,使得元素由浓度高处向浓度低处移动,从而产生的一种使浓度或温度趋于均匀的定向移动。

6、扩散的微观机制都有哪些?给出相关扩散方式的定义及扩散杂质的种类。

间隙式扩散:杂质进入晶体后,仅占据晶格间隙,在浓度梯度作用下,从一个原子间隙到另一个相邻的原子间隙逐次跳跃前进。每前进一个晶格间距,均必须克服一定的势垒能量。

势垒高度 ei 约为0.6~1.2 ev

间隙式扩散杂质包括au, ag, cu, fe, ni, zn, mg, o等,这些杂质均属于快扩散杂质。

替位式扩散:杂质进入晶体后,占据晶格原子的原子空位(空格点),在浓度梯度作用下, 向邻近原子空位逐次跳跃前进。每前进一步,均必须克服一定的势垒能量。

替位式原子必须越过的势垒高度为es约3 ~4 ev。

替位式扩散杂质包括b, p, as, sb,ga, al, ge等,这些杂质均属于慢扩散杂质。

8、费克第二定律的推导。

描述扩散运动的基本方程是费克第一定律:

推导费克第二定律的最简单的方法可从一段横截面积为a的长条材料开始。考虑其中长度为dx的一小段体积,有。

式中,j2是流出这一段体积的流量,j1是流入这一段体积的流量。如果这两个流量的值不同,就表示在这一小段体积中扩散物质的浓度一定发生了变化。而这一体积元中杂质的数量正是浓度和微分体积元(的乘积,因此连续性方程可以表示为。

或。根据费克第一定律,上式可写成。

上式是费克定律最通用的表达式,如果假设扩散系数和位置无关的话,则该式可以简化为。

式中的位置变量已改写为z,这是因为沿硅片(深度)方向的扩散是主要因素。对于各向同性的三维介质,费克第二定律可写成。

10、扩散工艺包括气态相源扩散、液态源扩散、固态源扩散、旋涂源扩散等。

12、恒定表面源扩散

扩散过程中,硅片表面杂质浓度始终不变这种类型的扩散称为恒定表面源扩散。其扩散后杂质浓度分布为余误差函数分布。

13、有限表面源扩散

扩散前在硅片表面先淀积一层杂质,在整个过程中,这层杂质作为扩散源,不再有新源补充,杂质总量不再变化。这种类型的扩散称为有限表面源扩散。其扩散后杂质浓度分布为高斯函数分布。

14、横向扩散。

由于光刻胶无法承受高温过程,扩散的掩膜都是二氧化硅或氮化硅。当原子扩散进入硅片,它们向各个方向运动:假如杂质原子沿硅片表面方向迁移,就发生了横向扩散。

16、扩散掺杂与离子注入掺杂所形成的杂质浓度分布各自的特点是什么?与扩散掺杂相比离子注入掺杂的优势与缺点各是什么?

答:扩散杂质所形成的浓度分布:杂质浓度将从表面到体内单调下降,而杂质分布主要是由高温与扩散时间来决定。

离子注入杂质所形成的浓度分布:掺杂离子以离子束的形式注入半导体内,杂质浓度在半导体内有个峰值分布,杂质分布主要由离子质量和注入能量决定。

1).离子注入掺杂的优势:

相对于扩散工艺,离子注入的主要好处在于能更正确地控制掺杂原子数目、掺杂深度、横向扩散效应小和较低的工艺温度,较低的温度适合对化合物半导体进行掺杂,因为高温下化合物的组分可能发生变化,另外,较低的温度也使得二氧化硅、氮化硅、铝、光刻胶、多晶硅等都可以用作选择掺杂的掩蔽膜,热扩散方法的掩膜必须是耐高温材料。

2)离子注入掺杂的缺点。

主要***是离子碰撞引起的半导体晶格断裂或损伤。因此,后续的退化处理用来去除这些损伤。

17、恒定表面源扩散的杂质分布服从余误差函数分布。

18、有限表面源扩散的杂质分布服从高斯函数分布。

第三章作业

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