Технология полупроводникового кремния - Фалькевич Э.С.
ISBN 5-229-00740-0
Скачать (прямая ссылка):
Кристаллические тела подразделяют на моно- и Поликристаллы.
28
В монокристалле атомы, составляющие кристаллическую решетку, взаимно ориентированы в любой его точке совершенно одинаково. Другими словами, пространственная ориентация кристаллической решетки в любой точке монокристалла одна и та же. Внешняя форма монокристалла в ряде случаев отражает атомное строение кристаллической решетки. Механической обработкой монокристаллу можно придать любую форму. В монокристалле нет границ между зернами со своей особой структурой. Если же части кристаллического тела (зерна) разориентированны относительно друг друга так, что граница между ними имеет совершенно отличную структуру (рис. 11, а), то
такое тело называют поликристаллическим. Каждая часть кристалла, окруженная границей раздела, называется кристаллитом (зерном).
Если кристаллы очень малы (около десяти межатомных расстояний), а межкристаллитные прослойки по толщине превосходят упорядоченные области, то такое тело становится аморфным.
Поликристаллическое тело может состоять из сростков кристаллов различного химического состава и атомной структуры; в таком случае это - многофазная система. Расплав кремния, в котором присутствуют кристаллы твердого кремния, является двухфазной системой. Фазами называют однородные части системы, образующие с другими однородными частями границу раздела.
2. КИНЕТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ
Динамическое равновесие устанавливается в любой неоднородной системе, и главной причиной установления равновесия и достижения макрооднородности является тепловое движение. Рассмотрим так называемые явления переноса, к которым в первую очередь относятся диффузия и теплопроводность.
В общих чертах это два различных по механизму процесса. Тепло-перенос - процесс переноса кинетической энергии из пространства с большим ее количеством в пространство с меньшим количеством энергии. А так как средняя кинетическая энергия атомов определяет температуру в данной области, то это приводит к выравниванию температуры либо к переносу тепла от пространства с большей температурой в область с меньшей температурой.
Диффузия - это перенос атомов (молекул) под действием разностей плотностей, концентраций (сдбственнодиффузия), температуры (термодиффузия) или просто перемешивание атомов при тепловом движении (самодиффузия). Как уже указывалось, даже в кристаллах существуют атомы, которые благодаря неравномерному распределению энергии могут совершать поступательное движение. Кроме Tofo, имеются вакансии, движущиеся довольно интенсивно благодаря тому, что переход атома из узла в дырку не требует большой энергии. В результа-
29
те этих процессов в целом атомы кристалла перемешиваются. Это установлено экспериментально после введения в кристалл радиоактивных изотопов.
Если на поверхность кристалла нанести слой атомов изотопа, то через некоторое время изотоп диффундирует в глубь кристалла. При этом глубина проникновения тем больше, чем выше температура, время выдержки. Количество вещества т, продиффундировавшего через единицу поверхности в течение 1 с будет: nt = D( А Cl Ах); D - коэффициент пропорциональности, ма/с; AC/Ax - градиент концентрации (изотопа). Градиент концентрации определяется особенностями распределения вещества (в данном случае изотопа) на пути диффузии. Если происходит самодиффузия, то и D- коэффициент самодиффузии; если гетеродиффузия (диффузия инородных атомов), то коэффициент называют коэффициентом диффузии.
Можно легко представить механизм диффузии. Главным в ее кинетике является подвижность атомов. Она при прочих равных условиях определяется величиной D, зависящей от механизма диффузии и температуры. Коэффициент диффузии D - это поток вещества через единицу поверхности за 1 с при градиенте концентрации, равном единице.
Температурная зависимость этого коэффициента обычно определяется соотношением: D = D0e~ ^Е^Т.
Это сложная зависимость уже потому, что как D0, так и AE тоже зависят от температуры. В принципе это соотношение подтверждается экспериментально. В некоторых температурных интервалах удается определить D0 И АЕ. Считается, что AE - это энергия, необходимая для миграции диффундирующего атома; D0, как правило, определяется экспериментально. Он зависит также от концентрации диффундирующей составляющей, причем так же, как и от температуры. Многочисленные теоретические расчеты не дают возможности точно определить, каким будет коэффициент диффузии в данном случае. Это связано с большим количеством факторов, определяющих кинетику процесса.
В общих чертах диффузия - это поступательное движение атомов в данном направлении. Это не обязательно конкретный, отмеченный атом. Благодаря хаотичности поступательного движения необходимо представлять диффузию как продвижение некоторой размытой линии, указывающей фронт продвижения инородных атомов. Это могут быть дырки, внедренные или инородные атомы.
Основным в диффузии является то, что происходит перемещение массы вещества, и при этом меняется потенциальная энергия. Этот процесс можно назвать процессом переноса потенциальной энергии за счет хаотического движения частиц.
