第三章扩散 作业

第三章扩散 作业

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

q Nx q x x R j j j s μμσρ

111==== 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：

w

l R w l x wx l A l R s j j ====ρρρ 方块时，l ＝w ，R ＝R S 。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。 ①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。

②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，J 2是流出这一段体积的流量，J 1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（A.dx ）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。

x J x J J ∂∂=∆-12()x

J Adx J J A t C Adx ∂∂-=--=∂∂12()x J t t x C ∂∂-=∂∂,()⎪⎭

⎫ ⎝⎛∂∂∂=∂∂x C D t t x C ,()()22,,z t z D t t z C ∂∂=∂∂

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

主要副作用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。 C D t C 2∇=∂∂