Диффузия в германии и кремнии

Диффузия в германии и кремнии 301 [c.301]

Значение коэффициентов диффузии О примесных элементов в германии и кремнии [c.405]

Коэффициенты диффузии для водорода, гелия, кислорода и ксенона в германии приведены в табл. 8.1. Близкие по порядку величины значения коэффициентов диффузии наблюдаются и для соответствующих газов в кремнии. Представляется вероятным, что диффузия водорода и гелия в германии и кремнии носит междоузельный характер. Также предполагается, что водород в этих полупроводниках может быть частично связан с имеющимся там кислородом (носителей заряда водород не дает). [c.312]

Диффузия атомов водорода, гелия и лития в германии и кремнии служит примером диффузии по междоузлиям, так как диффундирующие атомы малы, а решетка довольно рыхлая (оба эти фактора способствуют диффузии по междоузлиям). Коэффициенты диффузии атомов водорода и гелия определены по скорости проникновения этих газов из внешней среды. Диффузию лития можно проследить по изменению электропроводности, так как литий —донор электронов и изменяет электропроводность при ионизации. Вычисленное по уравнениям (б.З) и (6.5) значение хорошо согласуется с экспериментально найденным. Во всех этих системах скорости диффузии значительны даже при низких температурах, что типично для диффузии по междоузлиям. Так при 500° D для Li в Ge примерно равен 0 см сек . Характеристическое расстояние диффузии , являющееся приближенной, [c.113]

Рассмотрим еще один пример диффузии в твердом теле, убедительно иллюстрирующий рассмотренный выше механизм. В германии и кремнии диффузия меди происходит по диссоциативному механизму, так как медь распределяется между узлами и междоузлиями, причем диффузия по междоузлиям происходит на много порядков быстрее, чем по нормальным узлам. Запишем уравнение распределения [c.114]

Важным параметром полупроводниковых материалов является также диффузионная длина Ь — расстояние, на котором в однородном полупроводнике при одномерной диффузии в отсутствие электрического и магнитного полей избыточная концентрация неосновных носителей заряда уменьшается вследствие рекомбинации в е раз. Диффузионная длина неосновных носителей заряда является важной характеристикой полупроводника, зависяш,ей от наличия в нем примесей и совершенства кристаллической решетки. Для германия и кремния эта величина указывается в паспорте (см. табл. 14.2). [c.63]

Дефекты положения узлов, линий, а также плоскостей носят общее название дефектов решетки. Исследования дефектов решетки начались с целью выяснения причин появления очень низких значений механической прочности и упругости металлов. Затем такие исследования стали развиваться в связи с потребностью объяснения структурно-чувствительных свойств кристаллов, обусловливающих такие явления, как цветовая окраска кристаллов, люминесценция, светочувствительность в фотографии, электропроводность полупроводников, магнитная проницаемость твердого тела, диффузия электронов в твердом теле, рост кристаллов и т. п. Современное интенсивное развитие полупроводников на основе германия и кремния служит стимулом усовершенствования техники исследования и регулирования дефектов решетки. [c.40]

В гл. 6 отмечалось, что диффузия лития идет с большой скоростью в решетке германия и кремния, поэтому процесс выделения фазы лития из пересыщенного твердого раствора происходит со скоростью, достаточной для проведения опыта. Концентрацию атомов лития, остающихся в твердом растворе, легко определить из значения электропроводности. Литий является донором электронов, и, поскольку каждый растворенный атом отдает в зону проводимости германия один электрон, концентрация атомов лития пропорциональна электропроводности твердого раствора. Результаты подобных измерений, проведенных на образцах германия, насыщенного литием при 425° и охлажденного затем до 59° с целью выделения новой фазы, представлены на рис. 74. Пределы растворимости при этих температурах составляют 6,5 10 и 2 0 см соответственно, так что начальная степень пересыщения равна примерно 3000. Можно сказать, что количество лития (в относительных единицах), выделившегося в самостоятельную фазу, пропорционально в широком диапазоне. [c.155]

Обычно для простоты предполагают, что достаточно учитывать вклад в ток только с одной стороны перехода. Если интенсивность излучения заметно не меняется в течение времени жизни неосновных носителей т, то X в уравнении (6.16) можно заменить либо длиной диффузии неосновных носителей L, либо толщиной рассматриваемой области В, в зависимости от того, какая из этих величин меньше. Например, для области / -типа в германии с коэффициентом диффузии D = 100 см сек и т = 10" сек L должна быть равной 0,01 сж. Поэтому, если расстояние В от рассматриваемого перехода до ближайшего контакта или другого перехода больше 0,01 сж, то в уравнении (6.16) нужно использовать L. Аналогично в случае кремния, имеющего D = 12 см /сек и т = 10 сек, L должна быть равна [c.313]

Значение D, оцененное по этому соотношению для ряда твердых растворов на базе алюминия, совпадает (в пределах довольно большой ошибки эксперимента) с экспериментально определенным коэффициентом диффузии. Более детальное исследование механизма и кинетики превращения было проведено лишь для очень небольшого числа сплавов, в том числе для выделения меди из германия и серебра, углерода и азота из а-железа и кремния из алюминия. [c.293]

Определенное количество атомов радиоактивного изотопа вводится в твердое тело и затем они разгоняются при различных температурах. Коэффициенты диффузии определяются из измеряемых профилей концентрации изотопа путем подгонки коэффициентов во втором законе Фика. Вследствие очень низкой концентрации точечных дефектов в условиях теплового равновесия коэффициенты самодиффузии в обычных полупроводниках типа 81 и Се на несколько порядков меньше, чем в металлах. Поэтому интервал температур, в котором возможно проведение экспериментов с радиоактивными изотопами, ограничивается довольно узкой областью, на 200-300° ниже точки плавления. Кроме того, измерения коэффициента самодиффузии в кремнии особенно затруднены из-за короткого времени полураспада единственного реально доступного радиоактивного изотопа 51. Для измерения коэффициента самодиффузии в кремнии можно также использовать косвенные методики, такие, как отжиг дислокационных петель, при условии, что наблюдаемые явления определяются скоростью диффузии. На рис. 1.3 представлены графики зависимости коэффициентов самодиффузии в 81 и Се от обратной температуры и отдельные результаты измерений, взятые из литературы. В табл. 1.2 собраны данные по самодиффузии в 81. В целом наблюдается меньшая согласованность данных для кремния по сравнению с германием, у которого имеется долгоживущий радиоизотоп Се. [c.16]

Высокое химическое сродство алюминия с железом обусловливает образование в контакте сталей с жидким алюминием прослойки интерметаллида РеаЛЬ, имеющего характерную особенность роста в сторону железа (рис. 28, в), что связано с большим дефектом его кристаллической структуры, способствующим ускоренной диффузии алюминия через эту фазу [21]. Торможение роста этого интерметаллида в контакте стали с жидким алюминием может быть достигнуто путем легирования последнего кремнием [194] или германием. Однако применение припоев систем А1 — 51 не предотвращает образования интерметаллидных прослоек в паяных швах в соединениях со сталью (рис. 28, а и б) и тем более не предотвращает роста таких прослоек при работе паяных соединений в условиях повышенных температур < 400° С), что со временем может вызвать разрушение изделий. [c.55]

Основой германиевого диода (рис. 82, в) служит пластинка из кристаллического германия 13 с примесью сурьмы или мышьяка, обладающего -проводимостью. Пластинка 13 спаяна с каплей индия 12, Б результате диффузии атомы индия проникают в германиевую пластинку и образуют в ней слой с р-проводимостью (дырочной). Выпрямитель помещается в герметизированный корпус 9 с выводами-электродами 11 и 14. Неуправляемый кремниевый выпрямитель (диод) состоит из слоя кристаллического кремния с примесью фосфора или сурьмы ( -проводимость), сплавленного с пластиной алюминия. В [c.119]

Рассмотрим отличительные особенности гетеродиффузии в германии и кремнии. Как следует из табл. 8.1, элементы IB и VIII (переходные металлы) групп диффундируют в них с большей скоростью, чем элементы IIIA и VA групп. Механизм диффузии примесей IB и VIII групп, как мы уже установили, — междоузельный для примесей внедрения (литий) или диссоциативный, если атомы примеси могут размещаться как в узлах, так и в междоузлиях. [c.310]

Особый практический интерес представляет поведение элементов IIIA и VA групп в германии и кремнии. В Si элементы IIIA группы (акцепторы) диффундируют на 1-1.5 порядка быстрее, чем примеси VA группы (доноры). В Ge, наоборот, коэффициенты диффузии элементов IIIА группы примерно на два порядка меньше, чем элементов VA группы. [c.310]

Диффузия атомов в твердых растворах замещения, как и самодиф-фузия, происходит по вакансионному механизму. Так, например, диффундируют примеси элементов П1 и V групп в германии и кремнии их коэффициенты диффузии составляют 10" — сек в кремнии при 1000° и 10 1 —- 10" смЧек в германии при 800°, что на несколько порядков меньше, чем при междоузельной диффузии. [c.113]

Дальнейшие исследования были сосредоточены на изучении диффузии Li, u, Au, Ag, Zn, Ni и Fe. Эти элементы, за исключением лития, также образуют с германием и кремнием, как правило, твердые растворы замещения, но создают в запрещенной зоне глубоколежащие многозарядные, как правило, акцепторные уровни, число которых соответствует разности между числом валентных электронов германия (кремния) и атома примеси (см. гл. 3). Такие глубокие уровни выступают как уровни захвата или рекомбинации носителей тока и играют большую роль в неравновесных процессах, уменьшая время жизни и ускоряя рекомбинацию неосновных носителей тока в полупроводниках. Литий с германием и кремнием образует твердый раствор внедрения и является донором с одним уровнем. [c.301]

Особое механическое поведение материалов с кубической структурой типа алмаза обусловлено наличием в них высокой степени направленности ковалентной связи. Именно эта структурная особенность межатомной связи обусловливает высокое сопротивление решетки скольжению дислокаций во всех системах скольжения, включая основную систему 111J 110). В данном случае вплоть до температуры 0,5 оказывается энергетически более выгодным диссипировать подводимую энергию путем разрыва межатомной связи, чем путем пластического течения. Эти структурные особенности кристаллического строения обусловливают и другие следствия, а именно энергия образования и движения точечных дефектов очень велика, так что при заданной гомологической температуре диффузионные процессы также более заторможены, чем в других классах сплавов более низкого уровня неравновесности структуры. Таким образом, даже при температурах больше 0,6 Tj в случае, например, кремния и германия деформация ползучести, контролируемая диффузией, очень ограниченна. Поэтому элементы и сплавы с алмазоподобной структурой образуют отдельный класс материалов с высоким значением zJG при всех гомологических температурах. [c.261]

Метод диффузии позволяет получать сразу несколько р-п-переходов в одной пластине. В этом случае газовая среда должна содержать и до-норну ю Nn и акцепторную Np примеси. Коэффициенты диффузии до-норных примесей для германия больше, чем акцепторных. В кремнии, наоборот, акцепторные примеси диффундируют быстрее. На рис. 18.19 показана диффузия в дырочный германий акцепторной (Ga) и донорной (Sb) примесей. Скорость диффузии донорной примеси больше, а поэтому она распространяется на большую глубину. При таком методе в наружном р-слое распределение примеси неравномерно. Кроме того, около р - п-перехода концентрация примеси изменяется плавно, что ухудшает характеристики прибора. [c.597]

Отрицательный объемный заряд, связанный с быстро продиф-фундировавшими электронами, и положительный объемный заряд, появившийся в области отставших дырок, создают внутреннее поле, направленное, очевидно, так, чтобы задержать быстро диффундирующие электроны и ускорить более медленные дырки. С того момента, как это внутреннее поле установится, электроны и дырки будут диффундировать и дрейфовать согласованно, но со скоростью, промежуточной между собственной скоростью электронов и собственной скоростью дырок. При обычных условиях в кремнии и в германии для образования этих внутренних полей требуется лишь очень небольшой относительный разбаланс в концентрациях электронов и дырок, и поэтому диффузия и дрейф избыточного распределения носителей характеризуются состоянием приблизительной электронейтральности, в котором [c.349]

Особое место среди примесей в кремнии и германии занимает кислород, который является остаточной, в больщинстве случаев вредной примесью его концентрация зависит от способа получения кристалла. О поведении кислорода в 51 и Ое известно, что он в рещетке основного вещества присутствует либо в атомарном виде, либо образует комплексы типа 51(0е)0 . При этом, если атомы кислорода размещаются в междоузлиях, то они, по-видимому, электрически неактивны. Донорными же свойствами обладают некоторые комплексы 51(0е)0 . Больще всего кислорода обычно содержат монокристаллы кремния (германия), выращенные из кварцевых контейнеров (содержание кислорода в кремнии составляет 10 см , см. гл. 5). Обычно при выращивании из расплава больщая часть атомов кислорода размещается в междоузлиях и образует электрически неактивные комплексы 510г, хотя в малых концентрациях могут образовываться и электрически активные комплексы более высокого порядка. Процессы, связанные с нагревом кристалла (термообработка, диффузия), могут приводить к перераспределению по концентрации различных типов кремний(германий)-кислородных комплексов. Это перераспределение происходит в тех случаях, когда распределение кислородных комплексов неравновесно (твердый раствор 51(0) находится в пересыщенном состоянии при температуре обработки). Изменение концентрации электрически активных комплексов приводит к изменению электрических свойств кристалла. В частности, при низкотемпературной (300-500°С) обработке в кристаллах 51 образуются термодоноры 5104 в измеримых концентрациях, которые устойчивы при 430°С комплексы [c.131]

При диффузионном соединении полупроводниковых кристаллов с молибденом, покрытым золотом, серебром или никелем, функциональные зависимости — = f (р) носят гиперболический характер (рис. 7, кривая IV), указывая, что кинетика роста прочности соединения идет за счет взаимной диффузии быстродиффун-дирующих металлов покрытия в кристаллическую решетку алмазоподобных полупроводников. Применение никеля, как покрытия на молибдене, снижает температуру сварки для кремния и германия на 300 К, арсенида галлия на 450 К (рис. 8, кривая /), карбида кремния на 400 К при одинаковом давлении 39,2 МПа. Нижние асимптоты гиперболических кривых находятся для кремния, германия и арсенида галлия на уровне температуры 673 К, а для карбида кремния — 823 К. Таким образом, диффузионное соединение не образуется при температуре Тсв <С (0,Эч-0,4) даже при применении такого быстродиффундирующего металла,, как никель. Применение серебряного покрытия на молибдене позволяет снизить температуру сварки в 0,2—1,4 раза, т. е. довести ее до 773 К для кремния и 973 К для карбида кремния без изменения давления или уменьшить давление сжатия в 2—3 раза (19,6—9,8 МПа). Диффузионную сварку кремния и германия с серебряным молибденом нельзя вести выше температур соответственно 1103-и 924 К, так как при этом образуются эвтектические сплавы в месте контакта соединяемых материалов (рис. 7, область III). Между температурой сварки Тен и давлением сжатия р при ДСВ чистого кремния с посеребренным молибденом установлена эмпирическая зависимость [c.235]

Контролируя скорость вытягивания и температуру расплава, можно поддерживать диаметр и удельное сопротивление растущего кристалла практически постоянными (рис. 1). Легирование кремния или германия элементами III и V групп осуществляется введением в расплав соответствующей примеси или лигатуры с большим содержанием соответствующей примеси. Последнее определяется растворимостью (рис. 2) и коэффициентом диффузии примеси в монокристалличе-ском полупроводнике (табл. 5). Лигатуру, в свою очередь, получают мето- [c.401]

В последнее десятилетие очень интенсивно исследуются среднетемпературные термоэлектрические материалы (рабочий интервал 600—1000° К), хотя с точки зрения термодинамики среднетемпературный интервал менее выгоден, чем низкотемпературный ZT для среднетемпературного интервала в 1,5—2 раза ниже, чем для низкотемпературного). Использование каскадных элементов обеспечивает довольно высокие значения к. п. д. и этим привлекательно для термоэлектрической энергетики. В настоящее время основными материалами, используемыми в этом интервале температур, являются теллуристый свинец РЬТе, селенистый свинец PbSe, теллуристый германий GeTe, соединение AgSbTeg и твердые растворы на основе этих соединений. Нижняя граница высокотемпературного интервала лежит в области 950—1000 ° К. Верхняя граница до настоящего времени достаточно точно не определена, хотя уже созданы термоэлектрические материалы, пригодные для использования при температуре до 2000 °К. По-видимому, это объясняется тем, что в области температур выше 1600° К более эффективны термоэмиссионный и магнитогидродинамический циклы преобразования. Высокие температуры ставят термоэлектрические материалы в очень жесткие условия окисляемость, летучесть примесей, давление паров, диффузия и пределы растворимости легирующих добавок играют здесь важную, а иногда решающую роль. Наиболее надежно исследованным и испытанным в реальных конструкциях материалом для интервала температур 900—1500 ° К является система кремний — германий с непрерывным рядом твердых растворов, имеющих температуру плавления от 1230 (Ge) до 1693° К (Si). [c.57]

Основой германиевого диода (рис. 82, в) служит пластинка из кристаллического германия 75 с примесью сурьмы или мышьяка, обладающего и-проводимостью. Пластинка 13 спаяна с каплей нндия 12. В результате диффузии атомы индия проникают в германиевую пластинку и образуют в ней слой с р-проводнмостью (дырочной). Выпрямитель помещается в герметизированный корпус 9 с выводами-электродами 11 и 14. Неуправляемый кремниевый выпрямитель (диод) состоит из слоя кристаллического кремния с примесью фосфора или сурьмы (п-проводимость), сплавленного с пластиной алюминия. В результате диффузии алюминия в кремнии образуется слой с р-проводимостью. Управляемый кремниевый выпрямитель (тиристор) имеет четырехслойную монокристаллическую структуру типа п—р—п—р и отдельный управляющий электрод (рис. 82, г, д). [c.357]

Для чистых кристаллов кремния, германия, арсенида галлия, карбида кремния с молибденом диффузионное соединение не образовывалось соответственно при температурах 1073, 823, 873, 1173 К, давлении 196 МПа, продолжительности сварки до 60 мин и степени разрежения в вакуумной камере ЫО" Па (рис. 7, область II). Диффузионное соединение кремния с вольфрамом, имеющим с кремнием наиболее близкие значения ТКЛР, образуется при 1373—1473 К и давлении сжатия 29,4—39,2 МПа. Таким образом, при температуре сварки Тсв <С (0,5 -f- 4-0,6) диффузионное соединение не образуется, потому что тепловой энергии, предназначенной для увеличения амплитуды колебаний атомов, недостаточно для взаимодействия атомов тугоплавких металлов с атомами полупроводников, скорость диффузии мала. [c.235]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...