6. “Яримўтказгичлар физикаси” фанидан маъруза матнлари

1-Жадвал.


Яримœтказгич кремний материали учун
омик контакт ҳосил қилувчи қотишмалар

Материал номи	¡тказувчанлик тури	Қотишмалар	Қотишмалар миқдори
Si	n p p p n n p	Au-Sb Au-Ga Ag-Au-Ga Pb-Ag-Ga Pb-Ag-Sb Pb-Ni-Sb Pb-In-Ni	Sb-1% гача Ga-1% гача 30%-70% Ag 20%-60% Au 10% гача Ga 3% Ag, 1% Ga 15% Ag, 1% Sb 3% Ni, 1% Sb 3% Ni, 5% In

2-Жадвал.
Баъзи элементларнинг эриш (Т_эриш)
ва буђланиш (Т_буђ) температуралари

Элемент номи	Атом массаси	Тэриш, ^0С	Тбуђ, ^0С	Буђлатиш учун тавсия қилинувчи симлар, ленталар	Таглик моддалари
Ag Al Au Bi Cd Co Cr Cu Ge Mg Mn Mo Ni Pd Pt Sb Si Ta W In	107,9 27 197 209 112,04 58,9 52 63,5 72,5 24,3 54,9 95,9 58,7 106,4 195 121,8 28 181 47,9 65,4	961 660 1063 271 321 1490 1800 1083 959 651 1244 2622 1455 1555 1774 630 1415 2996 1725 419	1047 1050 1465 698 264 1650 1205 1273 1251 443 980 2533 1510 1566 2090 678 1342 3070 1446 343	Mo, Ta W W,Mo W, Mo, Ta, Ni W, Mo, Ta, Ni W W, Te W, Mo, Ta W, Mo, Ta W, Mo, Ta, Ni W, Mo, Ta - W W W Mo, Ta, Ni - - W, Ta W, Ta, Nr	Mo, C C,BN,TiB2-BN Mo, C Al2O3, BeO - Mo, C, Al2O3 W, C, Al2O3 Fe, C Al2O3 - оксидлар Al2O3 ThO2, IrO2 метал ва оксид BeO,IrO2, ThO2 - C, ThO2 Fe, Al2O3, C,Mo

ЯРИМŒТКАЗГИЧ КРЕМНИЙГА
ТЕРМИК ИШЛОВ БЕРИШ

Кремнийга иссиқлик таъсир эттирилганида қандай œзгаришлар юз беришини аниқлаш лозим, чунки жуда қисқа вақт ичида ва жуда сезиларсиз иссиқликнинг таъсир этиши ҳам кремнийнинг электрофизик хусусиятларини œзгартириб юбориши мумкин. Кремнийнинг электрофизик хусусиятлари иссиқлик таъсир эттирилганда унинг тақиқланган соҳасида термомарказларнинг ҳосил бœлиши сабабли œзгаради. Бундай марказларнинг асоси ва манбаи кремнийнинг сирти ҳамда кристалнинг ҳажми бœлиши мумкин.

Кремний сиртига иссиқлик таъсир этганида кимёвий элементлар киришмаларининг диффузияланиш даражаси ортади ва натижада киришмалар кристалл ҳажми томон ҳаракатланиб, унинг электрофизик кœрсаткичларини œзгартириб юборади.
Шундай œзгаришлар юзага келган қатлам кейинги термик ишлов беришларда дислокациялар марказига айланиб қолади: бœш œринлар - вакансиялар, нуқсонлар ёки уларнинг комплекслари ҳосил бœлиши мумкин. Термик ишловнинг таъсири кремнийнинг сиртига ҳам, ички ҳажмига ҳам мœлжалланган бœлади. Бу икки термик ишлов таъсирлар натижаси бир-биридан температуранинг таъсир этиш вақти, даражаси, таъсир ва совитиш тезлиги билан фарқ қилади. Тез совитилишда (тоблашда) термик ишлов вақтида ҳосил бœлган иссиқлик марказлари сақланиб қолади. Бу марказларни “тобланган” деб аталади. Термик ишлов бериш температурасидан паст температураларда қиздириш иссиқлик марказларини сезиларли камайишига олиб келади. Бу ҳодиса термик ишлов бериш температурасида қиздириб, сœнгра секин совитиш натижасида ҳам юз бериш мумкин.
Агар жисмдаги бошланђич ҳолатда мавжуд бœлган тенг сонли заряд ташувчилар концентрациясидан киритилган иссиқлик марказларининг концентрацияси катта ёки уларга тенг бœлса, у ҳолда бу марказлар заряд ташувчилар концентрациясига кучли таъсир кœрсатади.
Асосий ҳиссани концентрацияси катта бœлган марказлар қœшади. Паст температурали термик ишловда (200-300⁰С) заряд ташувчилар концентрациясининг œзгариши кремний ҳажмида электр жиҳатдан фаол «кремний-кислород» комплексларини ҳосил қилади, улар кремнийнинг тақиқланган соҳасида Au, Fe, Cr киришмаларининг кремний ҳажмида бир неча саёз ва чуқур, ҳар хил табиатли, донор ва акцептор марказларининг ҳосил бœлишига олиб келади.
Киритилган иссиқлик марказларини, агар улар Fe атомлари билан бођлиқ бœлса, 100÷200⁰С температуралар оралиђида, агар Cr атомлари билан бођлиқ бœлса, 800⁰С да қиздириш натижасида камайтириш мумкин, яъни қиздириш ёрдамида киришмаларни электр жиҳатидан фаол ҳолатдан нофаол ҳолатга œтказиш амалга оширилади. Кремний ҳажмида ҳосил бœлган иссиқлик марказлари саёз ва чуқур донор, акцептор сатҳларини ҳосил қилади. Текширилаётган марказларнинг тури ва кœрсаткичлари термик ишлов бергандан сœнгги тоблаш тезлигига бођлиқ.
Агар совитиш тезлиги 10^{4 0}С/сек. бœлса, у ҳолда тобланган донор сатҳлар кузатилади. Киритилган иссиқлик марказларининг концентрацияси киришмаларнинг концентрацияси ортиши билан ортиб боради. Шунинг билан бирга, улар хона температурасида турђун эмасдир.
Секин тоблаш давомида (10^{2 0}С/сек.) турђун бœлмаган марказлар парчаланади ва бошқа донор марказлар ҳосил бœлади.
Бу марказларнинг концентрацияси термик ишлов температураси ортиши билан экспоненциал ортиб боради ва у жисмнинг бошланђич ҳолатидаги акцептор киришмасининг концентрациясига бођлиқ эмас (1-расм). Улар хона температурасида турђун ва 400⁰С дан юқори температураларда қиздирилганда œзгаради. Бошланђич концентрацияси ҳар хил: n- ва p- тур кремнийлардан фойдаланиб, термик ишловдан сœнг (совитиш тезлиги 10^{4 0}С/сек.) махсус йœл билан қиздирсак, тобланган сатҳ: саёз донор сатҳ ва қœшма марказлар спектрларини кœриш мумкин.
Киритилган марказларнинг тури ва концентрацияси бошланђич кремнийдаги донор ва акцепторлар концентрацияларига бођлиқ эмас. Саёз сатҳларнинг концентрацияси термик ишлов температурасига бођлиқ ҳолда мураккаб хусусиятга эга ва 1100⁰С температурада энг юқори концентрацияга эришади. Чуқур қœшма марказлар учун концентрациянинг температурага бођлиқлиги маълум эмас. Саёз марказ хона температурасидаёқ нотурђундир, чуқур марказларнинг концентрацияси эса 600⁰С дан юқори температурада қиздириш натижасида камаяди. Тобланиш марказлари тақиқланган соҳанинг Е_с-(0,380,48) эВ ва Е_т+(0,370,45) эВ оралиђида жойлашгандир.
Киритилган марказларнинг концентрацияси кремнийдаги легирловчи киришма ҳосил қилувчи бошланђич саёз сатҳнинг концентрациясига бођлиқ. 300⁰С да қисқа вақт қиздириш марказлар концентрациясини бир неча œн марта камайишига олиб келади. Саёз сатҳли термик марказлар ички нуқсонларнинг ёки дивакансияларнинг (қœшвакансияларинг) ҳосил бœлиши билан бођлиқдир.
Термик ишлов натижасида кремнийдаги заряд ташувчиларнинг яшаш вақтининг œзгариши тақиқланган соҳада рекомбинация марказлари бœлган донор ва акцептор сатҳлар спектрларининг ҳосил бœлишига олиб келади. Бу сатҳлар асосий ва ноасосий заряд ташувчиларнинг тутилув кесими юзасининг асимметриклиги сабабли юзага келади. Ушбу марказларнинг киритилиши ноасосий заряд ташувчиларнинг яшаш вақти _n ни камайтиришга қаратилган. Бундан ташқари, концентрацияга бођлиқ ҳолда рекомбинация марказлари, тутилув кесими юзалари нисбати ёки асосий ва ноасосий заряд ташувчилар, тенг сонли ва тенг сонли бœлмаган заряд ташувчилар концентрацияси, асосий заряд ташувчиларнинг яшаш вақти камайиши мумкин, баъзи ҳолларда эса бошланђич қийматдан ортиб кетиши (₀>_n) мумкин. Паст температурали термик ишлов бериш натижасида (400÷800⁰С) яшаш вақтининг œзгариши ноасосий заряд ташувчиларнинг яшаш вақтининг камайишига олиб келади, термик ишловнинг температураси қанчалик юқори бœлса, яшаш вақти шунча камаяди. Ушбу ҳолат тобланган марказлар концентрациясининг ортиши билан бођлиқдир.
Ноасосий заряд ташувчиларнинг яшаш вақтининг камайиши тоблаш температураси ва тезлигига кучли бођлиқ. Юқори температурали термик ишловда яшаш вақтининг œзгариши (800÷1250⁰С) киришманинг сиртдан ҳажмга диффузияси билан бођлиқдир. Совитиш тезлиги юқори бœлмаганида ноасосий заряд ташувчиларнинг яшаш вақтининг камайиши энг катта қийматга эришади. Секин совитиш айрим киришмавий атомларнинг қайта тақсимланишига олиб келади. Бу эса рекомбинация марказлари концентрациясининг œзгаришига олиб келади.
Ноасосий заряд ташувчиларнинг яшаш вақтини ошириш, яъни термик ишловнинг таъсирини камайтириш œртача температурада узоқ вақт қиздириш орқали эришилади.
Термик тобланишда ҳосил бœлган нуқсонлар (ТТН) ни œрганиш кремнийнинг (0,35 дан 10³ Ом см. ва ундаги кислород концентрацияси 10¹⁶÷10¹⁸ см^-3) бошланђич кœрсаткичлари билан бођлангандир, бунда ТТН жисмнинг бошланђич солиштирма қаршилигини оширади, яъни заряд ташувчилар концентрациясини камайтиради, œтказувчанлик турини эса œзгартирмайди ва тақиқланган соҳага чуқур донор сатҳ Е_n +0,40 эВ ни киритади. Қайси кремнийда бошланђич киришма концентрацияси катта бœлса, œша кремнийда N_ттн катта бœлади. Масалан, ТТН мавжуд бœлган кремнийни хона температурасига яқин температурада қиздирилади.
Бунда кремнийда кислород концентрацияси қанчалик кам ва тоблаш тезлиги катта бœлса, ТТН нинг иссиқликка чидамлилиги шунча кам бœлади. Юқори температурага кœтариш (500÷1400⁰С) ва катта тезликда совиш (_з10^{4 0}С/сек.) кремнийда p-n конверсиясининг кузатилишига имкон беради.
Юқори солиштирма қаршиликли кремний намунасининг конверсияси (₀10³÷10⁴ Ом·см.) 700÷1400⁰С оралиқда, агар паст солиштирма қаршиликли (10₀200 Ом·см.) бœлса, 850⁰С яқинида юз беради.
Конверсия юз берган кремнийда термик нуқсонларни икки босқичда қиздириб камайтирилади: паст температурали (50÷100⁰С) ва юқори температурали (400÷500⁰С). Қиздиришнинг фаолланиш энергияси 1-босқичда 0,75 эВ га ва 2-босқичда 1,19 эВ га тенг.