Модели и механизмы диффузии
Модели и механизмы диффузии
Изучение диффузии ведется в направлении создания на основе экспериментальных данных точных моделей, которые давали бы возможность предсказать протекание процесса диффузии путем теоретического анализа. Конечная цель - возможность расчетным путем определять электрические характеристики п/п приборов на основе технологических параметров.
Диффузионные модели развивались с позиций двух основных приближений:
- Теории сплошных сред с использованием уравнений диффузии Фика. Модель, исходя из диффузионного уравнения Фика и соответственно коэффициента диффузии, определяется экспериментально путем измерения поверхностной концентрации.
- Атомистическая теория, которая принимает во внимание взаимодействие между точечными дефектами (вакансии и междоузлия) с одной стороны и примесными атомами с другой.
Перераспределение легирующих примесей на ГРФ (границе раздела фаз):
Легирующая примесь, первоначально располагавшаяся в кремнии, будет перераспределятся на ГРФ до тех пор, пока ее химический потенциал не выровняется по обеим сторонам ГРФ, что может привести к резкому изменению концентрации примеси при переходе через ГРФ.
Равновесный коэффициент - отношение равновесной концентрации легирующей примеси в Si к равновесной в SiO2 на ГРФ. Он устанавливается экспериментальным путем и может отличатся от равновесного значения; зависит от:
- химических потенциалов на ГРФ
- кинетики перераспределения примеси на ГРФ
- коэффициента диффузии
- примеси в SiO2
К основным механизмам диффузии относят:
- вакансионный
- прямое перемещение по междоузлиям
- эстафетный (непрямое перемещение по междоузлиям)
- краудионный
- диссоциативный
В лекции "14 Системы охлаждения силовых трансформаторов" также много полезной информации.
Бор, фосфор в кремнии диффундируют по вакансионному механизму, элементы 1 и 7 группы - по междоузельному.
Вакансионный механизм (справка)
Вакансионный - это такой механизм, когда мигрирующий атом (примесный или собственный) мигрирует на место вакансии, освобождая свое место в узле кристаллической решетки.
Диффузия по междоузлиям (справка)
Данный механизм сопровождается переходом мигрирующего атома (как правило примесного) из одного положения в другое, без его локализации в узлах кристаллической решетки.
Эстафетный механизм диффузии (справка)
В отличие от междоузельного механизма диффузии, примесные атомы внедряются в узлы кристаллической решетки, вытесняя при этом собственные атомы в междоузельное пространство.
Краудионный механизм диффузии (справка)
Данный механизм тесно связан с эстафетным. При этом междоузельный атом, расположенный посередине между двумя узлами решетки, перемещается к одному из них, смещая атом, расположенный в узле. Вытесненный атом становится междоузельным и занимает промежуточное положение в решетке.
Диссоциативный механизм диффузии (справка)
Данный механизм связан с распадом комплексов молекул и диффузией составляющих их компонент (атомов или ионов) в кристаллической решетке.
