Електрон
Рисунок 1 - Заміщення атомами домішок основних атомів решітки.
а) донорна домішка (утворюється вільний електрон);
б) акцепторна домішка (утворюється вільна дірка).
Якщо ввести в кремній атом тривалентного елемента (наприклад - бору, алюмінію), то всі його тривалентні електрони вступлять у зв`язок з чотирма електронами сусідніх атомів кремнію.
Для утворення стійкої восьмиелектронної оболонки потрібний додатковий електрон. Такий електрон відбирається від найближнього атома кремнію. В результаті утворюється незаповнений зв`язок – дірка, а атом домішки перетворюється в нерухомий іон з від’ємним зарядом. Такі напівпровідники називають «дірковими» або p -типу. Домішки, які обумовлюють р- провідність називаються акцепторними.
Процес введення домішки найчастіше проводиться методом термодифузії. Для інтенсифікації процесу пластина підігрівається до високої температури.
Теоретичною основою процесу дифузії є два закони Фіка. Перший закон Фіка стверджує: якщо в замкнутому середовищі має місце градієнт концентрації речовини, то виникає потік, густина якого для одновимірного напрямку потоку визначається за формулою:
, (1)
де - градієнт концентрації дифундуючої речовини; D – коефіцієнт дифузії дифундуючої речовини; N - концентрація дифундуючої речовини. Знак мінус у даній формулі означає, що потік виникає в напрямку зменшення концентрації.
Коефіцієнт дифузії є величина залежна від температури. Ця залежність описується рівнянням:
, (2)
де D0 – температурно незалежний коефіцієнт, або коефіцієнт дифузії речовини при температурі рівній нескінченності; EА – енергія активації дифундуючої речовини, T – температура, при якій проводиться процес дифузії; k -стала Больцмана (k =1,38·10-23 Дж/К).
Крім температури, процес дифузії є залежним також від часу, що не відображені в першому законі Фіка. Отже, при наявності градієнту концентрації виникає потік, що визначає залежність концентрації речовини в даному середовищі від часу, поки не встановиться рівновага. Якщо розглядати цей процес в одномірному просторі і виходити із закону збереження маси, то зміна концентрації в часі буде визначатися зміною потоку з відстаню:
(3)
Ця формула відображає суть другого закону Фіка.
Аналізуючи закони Фіка, можна одержати дані про розподіл дифундуючої домішки в напівпровідниковій пластині, як в просторі, так і в часі, що є дуже важливим при розрахунку електричних характеристик елементів напівпровідникових інтегрованих мікросхем.
Date: 2015-06-07; view: 610; Нарушение авторских прав Понравилась страница? Лайкни для друзей: |
|
|