Реферат: Технология получения монокристаллического Si
16
Получение поликристаллических кремния из моносилана SiH 4
18
Производство монокристаллов кремния
20
- Метод Чохральского
20
- Бестигельной зонной плавки (БЗП)
26
Литература
30
Полупроводниковая технология начала свое становление с 1946 года, когда Бардин и Шокли изобрели биполярный транзистор. На первом этапе развития микроэлектронного производства в качестве исходного материала использовался германий. В настоящее время 98 % от общего числа интегральных схем изготавливаются на основе кремния.
Кремниевые полупроводниковые приборы по сравнению с германиевыми имеют ряд преимуществ:
- Si p-n переходы обладают низкими токами утечки, что определяет более высокие пробивные напряжения кремниевых выпрямителей;
- у кремния более высокая, чем у Ge область рабочих температур (до 150 и 70 градусов Цельсия соответственно);
- кремний является технологически удобным материалом: его легко обрабатывать, на нем легко получать диэлектрические пленки SiO2, которые затем успешно используются в технологических циклах;
- кремниевая технология является менее затратной. Получение химически чистого Si в 10 раз дешевле, чем Ge.
Вышеперечисленные преимущества кремниевой технологии имеют место в связи со следующими его особенностями:
- большое содержание кремния в виде минералов в земной коре (25 % от ее массы);
- простота его добычи (содержится в обычном речном песке) и переработки;
- существование "родного" не растворимого в воде окисного слоя SiO2 хорошего качества;
- большая, чем у германия ширина запрещенной зоны (Eg = 1.12 эВ и Eg = 0.66 эВ соответственно).
Кремний
Кремний обладает алмазоподобной кристаллической решеткой , которая может быть представлена в виде двух взаимопроникающих гранецентрированных решеток. Параметр решетки - 0.54 нм, кратчайшее расстояние между атомами - 0.23 нм. Легирующие атомы замещают атомы кремния, занимая их место в кристаллической решетке. Основными легирующими атомами являются фосфор (5ти валентный донор замещения) и бор (3-х валентный акцептор замещения). Их концентрация обычно не превышает 10-8 атомных процента.
Реальные кристаллы отличаются от идеальных следующим :
- они не бесконечны и поверхностные атомы обладают свободными связями
- атомы в решетке смещены относительно идеального положения в следствие термических колебаний
- реальные кристаллы содержат дефекты
С точки зрения размерности выделяют следующие типы дефектов реальных кристаллов:
· Точечные дефекты
К точечным дефектам относятся:
· дефекты по Шоттки,
· дефекты по Френкелю,
· атомы примеси в положении замещения,
· атомы примеси в междоузлии.
Дефект по Шотт ки представляет собой вакансию в кристаллической решетке. Вакансия образуется, как правило, на поверхности кристалла. При этом атом или покидает решетку или остается с ней связанным. В дальнейшем вакансия мигрирует в объем кристалла за счет его тепловой энергии. В условиях термодинамического равновесия концентрация этих дефектов NШ задается уравнением
NШ = C*exp(-W/kT),
где C - константа,
W - энергия образования данного вида дефекта.
Для кремния значение W= 2,6 эВ.
Дефект по Френкелю представляет собой вакансию и междоузельный атом. Концентрация этих дефектов вычисляется также по формуле, но с большим значением энергии образования междоузельного атома W= 4,5 эВ. Вакансия и междоузельный атомы перемещаются внутри решетки за счет тепловой энергии.
Возможно внедрение примесных атомов в кристаллическую решетку. При этом атомы примеси, находящиеся в положении замещения, создают энергетические уровни в запрещенной зоне полупроводника.
Атомы примеси, находящиеся в междоузлиях, не создают этих уровней, но влияют на механические свойства полупроводника.
· Линейные дефекты
К линейным дефектам относятся: