Характеристики диффузиантов

Диффузиантами называют те примеси, которые вводят в полупроводник в процессе диффузии. В настоящее время исследована диффузия многих примесей в кремний, германий, арсенид галлия. Для кремния все диффузианты принято разделять на две группы: примесные элементы III и V групп периодической системы, кото­рые резко изменяют проводимость кремния, и примесные элемен­ты I и VIII групп, которые создают в запрещенной зоне кремния глубоко лежащие уровни захвата или рекомбинации и изменяют время жизни носителей заряда. Графики зависимости коэффициен­тов диффузии от температуры для доноров и акцепторов пред­ставлены соответственно на рис. 3.5 и 3.6.

Рис. 3.5. Зависимость коэффициентов диффузии доноров в кремнии от температуры

Рис. 3.6. Зависимость коэффициентов диффузии акцепторов в кремнии от температуры

Экспериментальные исследования показали, что в ряде слу­чаев коэффициенты диффузии не остаются постоянными в про­цессе диффузии, а полученные распределения концентрации при меси не соответствуют теоретическим. Это несоответствие теоре­тических и экспериментальных результатов объясняется концентрационной зависимостью коэффициентов диффузии. Такая зави­симость коэффициента диффузии может возникнуть благодаря влиянию внутренних электрических полей. При диффузии в полу­проводнике ионизованной примеси происходит одновременно и диффузия свободных носителей заряда, образованных при иони­зации примеси. Электрическое поле препятствует разделению за­рядов и удерживает свободные носители вблизи ионов. За счет возникновения внутреннего электрического поля при высокой концентрации вводимой примеси может происходить удвоение ко­эффициента диффузии.

На рис. 3.7 показаны экспериментально полученные зависимо­сти коэффициента диффузии фосфора в кремли и от поверхност­ной концентрации примеси N_s при температуре 1300°,С. Как вид­но, удвоение коэффициента диффузии происходит при концентра­ции 10²⁰ см ^-3, а изменение его начинается при значительно более низких концентрациях. Объяснить эти зависимости при концент­рациях 10²⁰-10²¹ см ^-3 только влиянием электрического поля (ко­торое может привести не более как к удвоению коэффициента диффузии) не представляется возможным. Они объясняются с помощью других физических эффектов, которые могут приводить к концентрационной зависимости коэффициентов диффузии. Од­ним из таких эффектов может быть возникновение при высоких концентрациях примеси дислокаций и дополнительных вакансий.

Наряду с коэффициентом диффузии другой важной характе­ристикой диффузантов является их предельная растворимость в кремнии (Рис. 3.8).

Рис. 3.8. Зависимость растворимости примесей в твердом кремнии от темпера­туры.

Дата добавления: 2015-07-18