Способы контроля диффузионного процесса

Результаты процесса диффузии можно проконтролировать измерением глубины p-n перехода и поверхностного сопротивления диффузионного слоя.

Глубину p-n перехода обычно определяют химическим окрашиванием отшлифованного под небольшим 1-5⁰ углом образца в смеси 100 мл плавиковой кислоты (49%) и нескольких капель азотной кислоты. Если образец, обработанный в этом растворе, выдержать на ярком свете 1-2 минуты, то область p - типа будет выглядеть темнее по сравнению с областью n - типа проводимости. С помощью интерферометра глубина p-n перехода может быть измерена с высокой точностью в пределах от 0.5 до 100 мкм.

Величину поверхностного сопротивления диффузионного слоя R_s можно измерить четырехзондовым методом, рассчитав ее по формуле:

R_s=V·C/I,
где V - измеренная величина постоянного напряжения,
I - величина постоянного тока,
C - коэффициент коррекции, зависящий от геометрии образца и расстояния между электродами. Его величина изменяется от 1 до 4.5 (см. С. Зи т.1, стр. 248).

Средняя величина поверхностного сопротивления диффузионного слоя R_s связана с глубиной p-n перехода x_j, подвижностью m и распределением примеси по глубине диффузионного слоя N(x) выражением:

Введя понятие эффективной подвижности носителей в слое m_эфф, как средней подвижности носителей, определенной в диапазоне от 0 до x_j, получим следующее выражение:

Для задание вида зависимости N(x) используются простые диффузионные профили, такие как экспоненциальный, гауссовый и функции дополнительных ошибок.

Величина удельного сопротивления однозначно связана с поверхностной концентрацией при предполагаемом диффузионном профиле соотношением: r= R_s·x_j.

Указанные выше методы просты и дают важную информацию о диффузионном слое без использования сложных способов измерения диффузионного профиля. Однако они основаны на предположении о конкретной модели диффузии, нуждающейся в экспериментальной проверке.

Способы измерения профиля концентрации примеси:

• метод вольтфарадных характеристик,
• метод дифференциальной проводимости,
• метод сопротивления растекания,
• метод масс-спектроскопии вторичных ионов,
• метод резерфордовского обратного рассеяния.

Метод ВФХ.

При наличии резкого p-n - перехода и при приложении обратного напряжения будет меняться емкость ОПЗ.

, x = e_s/C(V)

C(V)- емкость обратно смещенного p-n - перехода на единицу площади. C(x) - концентрация примеси на краю ОПЗ.

Если V = V_R + V_bi, где V_R - величина обратного приложенного напряжения, V_bi - встроенный потенциал p-n-перехода.

, b=q/kT,

L_D - дебаевская длина экранирования. Можно определить из емкости p-n - перехода при V=0. На основании других уравнений можно оценить профиль легирования, измеряя емкость p-n - перехода как функцию от приложенного напряжения.