Elektr energetikasi

3– AMALIY ISH

Mikroelektronikadа diffuziyali strukturalarni yaratishdа foydalaniladigan materiallarni o‘rganish

Nazariy ma’lumotlar

Yarimo‘tkazgich materiallarni yaratishda monokristall materiallarda kirishmalarning diffuziyasi asosiy texnologik jarayonlardan biri bo‘lib hisoblanadi. Diffuziya yordamida yarimo‘tkazgich materiallardan tayyorlangan plastinaning har xil joylarida ma’lum bir turdagi o‘tkazuvchanlik va konsentratsiya gradientini hosil qilish mumkin bo‘lgan sohalar shakllanadi. Diodli va tranzistorli strukturalar, rezistorlar va IMSning boshqa elementlari yaratiladi. Yarimo‘tkazgichlarda moddani diffuziyali ko‘chirish jarayonlari Fik ikkita tenglamasi bilan asoslab beriladi.

Diffuziyali qatlam qalinligi odatda plastinkaning yuzasidan juda kichik. Agar diffuziya bir o‘lchovli bo‘lsa, u holda kirishmalar asosan sirtning normal yo‘nalishi bo‘yicha diffuziyalanadi.

Bir o‘lchamli diffuziyaning birinchi tenglamasi kirishma atomlari oqimini konsentratsiya ko‘p bo‘lgan sohadan konsentratsiya kam bo‘lgan sohaga o‘tishini aniqlab beradi. Bu yerda tenglamadagi minus ishora atomlarning diffuziyali ko‘chishi katta konsentratsiyali sohadan kichik konsentratsiyali sohaga o‘tishi tufayli yuz berishini anglatadi.

Diffuziyaning ikkinchi tenglamasi birinchi tenglamadan quyidagi farazga asosan olinadi, ya’ni diffuziya koeffitsienti konsentratsiyaga bog‘liq emas. Fik ning ikkinchi qonuni diffuziyaning asosiy qonuni hisoblanadi. U diffuziyaning berilgan haroratda va istalgan vaqtda sirtdan istalgan masofada yarim o‘tkazgichga kiritilgan kirishmalar konsentratsiyasini aniqlaydi. Harorat ikkinchi tenglamaga diffuziya koeffitsienti orqali kiradi.

Diffuziyaning aniq shartlari uchun asosiy tenglamaning yechimi jarayonining har xil muddatlarida konsentratsiyasining teng chuqurliklarda aniqlab beradi va shunday ravishda diffuziyani berilgan-haroratda masofaga bog‘liqligi topiladi. Cheksiz doimiy manbada bir vaqtdagi diffuziya uchun kirishmalar taqsimoti, ya’ni u yarimo‘tkazgich ichiga kirib borayotgan kirishmalarni doimiy to‘ldirib turishini ta’minlaydi, bu esa birgacha to‘ldirilgan xatoliklar integralining murakkab funksiyasining tenglamasi bilan ifodalanadi.

Sirtga keluvchi kirishmalar miqdori plastina sirtidan ketuvchi kirishmalar miqdoriga teng. Cheklangan manbadan bir o‘lchamli diffuziya uchun kirishmalar taqsimoti, masalan, plastinaning yupqa sirti qatlamida hosil qilingan va atrofidagi fazoga kirishmalar diffuziyasidan maskalovchi plyonka bilan saqlangan holatda normal tenglama orqali ifodalanadi. Kirishmalarni plastina hajmiga ketishi davomida kirishmalar konsentratsiyasi manbada kamayadi, tashqaridan ularni to‘ldirish sodir bo‘lmaydi. Xatoliklarning qo‘shimcha funksiyasiga va Gauss funksiyasiga mos kelgan, yuqorida aytib o‘tilgan kirishmalar taqsimotini xususiyati shundaki, kirishnalar konsentratsiyasi yarim o‘tkazgich ichkarisida monoton ravishda kamayib boradi.

Kirishmaning maksimal konsentratsiyasi plastina sirtidagi miqdoriga mos keladi, bunda cheklanmagan doimiy manbadan diffuziya holatida sirt konsentratsiyalari diffuziya vaqtiga bog‘liq bo‘lmaydi, cheklangan manbadan diffuziya paytida esa – vaqt ortishi bilan kamayib boradi. Amalda kirishmalar taqsimoti, qoida bo‘yicha oddiy nazariy hollarga mos kelmaydi. Ko‘pincha farq qiladi yoki diffuziya jarayonida chegaraviy shartlar saqlanmaydi, bundan tashqari, diffuziya jarayoniga hisoblashlarda e’tiborga olinmaydigan har xil omillar ta’sir qiladi. Eng avval bu diffuziya koeffitsentining doimiy emasligidir, ya’ni u kiritilayotgan kirishmalar konsentratsiyasiga, plastinkada mavjud dastlabki kirishmalarga va strukturali nuqsonlarga bog‘liq bo‘ladi. Diffuziya koeffitsientining konsentratsiyaga bog‘liqligi amalda juda taqriban ma’lum va hatto bir o‘lchamli diffuziya holida asosiy tenglamani yechishni ayrim hollardagina olish mumkin. Aytib o‘tilganlardan shu narsa ravshanki, konsentratsiyalarning haqiqiy taqsimoti hisoblashlardagidan farq qiladi. Shunga qaramay, amalda diffuziya jaroyonlarini baholashda ko‘pincha FIK tenglamasining oddiy yechimlaridan foydalaniladi, hisoblarning natijalari esa tajriba orqali tekshiriladi va aniqlanadi.

Diffuziyali qatlamlarning parametirlarini avvalgi holda olish maqsadida, shuningdek intеgrаl mikrosxemalar tayyorlashda har doim talab qilinadigan nisbatan yuqori bo‘lmagan sirt konsentrasiyalariga ega bo‘lishi uchun ko‘plab diffuziya jarayonlari ikki bosqichda olib boriladi.

Birinchi bosqichda plastinaning yupqa sirt qatlamiga cheklanmagan manbadan aniq miqdordagi legirlovchi kirishmalar kiritiladi. Shu yo‘l bilan birinchi bosqichda yuqori konsentirasiyali sirt qatlami hosil qilinadi.

Birinchi bosqich odatda tez o‘tkaziladi va bu nisbatan past haroratlarda amalga oshiriladi. Bunda kremniyli plastinkalar sirtida kirishma silekanli shishaning qatlami hosil qilinadi.

Diffuziyaning ikkinchi bosqichda diffuziyali kuydirish o‘tkaziladi va bunda birinchi bosqichda olingan sirtdagi shisha olib tashlanishi yoki qoldirilishi mumkin. Ikkinchi bosqich, qoida bo‘yicha termik usulda oksidlash jarayoni bilan olib boriladi, ya’ni jarayon oksidlovchi muhitda o‘tkaziladi. Diffuziyali kuydirish birinchi bosqichda qo‘llangan kirishmalar manbasi bo‘lmagan holda o‘tkaziladi. Bunda birinchi bosqichda kiritilgan kirishmalarning ma’lum bir chuqurlikka qayta taqsimlanishi sodir bo‘ladi–sirtidagi kirishma kontsentrasiyasi yarim o‘tkazgich ichiga va o‘suvchi oksid qatlamiga ketishi hisobiga kamayadi. Diffuziyaning ikkinchi bosqichi o‘tkaziladigan harorat va vaqt birinchi bosqichga nisbatan katta bo‘ladi.

Diffuziyali strukturalarga qo‘yilgan aniq talablarga bog‘liq ravishda diffuziyaning har xil usullarida foydalaniladi va ularni ikki turga ajratish mumkin: yopiq (ampulali usul) va havodagi yoki gaz tushuvchi oqimdagi diffuziya usuli, (ochiq naycha usuli). Gaz tushuvchi oqimda diffuziyani o‘tkazish usulida plastinkalar va diffuziya manbasi bir tomoni ochiq bo‘lgan naychaga joylashtiriladi va uning o‘zi ham pechga joylashtirilgan bo‘lib, 2 ta zonadagi haroratni boshqarish va saqlab turishni ta’minlaydi: diffuziya zonasi va diffuziyali bug‘lanish zonasi. Diffuziya bug‘i diffuziya zonasiga gaz  tushuvchi orqali yetkaziladi, bunda inert gazlar, kislorod ularning aralashmalaridan foydalaniladi. (Ba’zan namlash qo‘llaniladi). Gaz – tashuvchi sifatida kislorod va suv bug‘i kabi tashkil etuvchilardan foydalanish sirtga nisbatan yupqa oksid qatlami hosil bo‘lishiga olib keladi hamda uni erroziyadan saqlaydi.

Diffuziya jarayoni sirtda hosil bo‘lgan shishasimon qatlamlarda sodir bo‘ladi. Ayniqsa yaxshi natijalar B₂O₃ va P₂O₃ birikmalar qo‘llanganda olinishi mumkin. Bu usul yordamida elektr tavsiflari dastlabki qiymatlarida tiklanadigan elektron kovak o‘tishlari olinadi, bu esa diffuziya qatlami chuqurligini aniq boshqarish va undagi kirishmalar konsentratsiyasining taqsimlanishini nazorat qilish imkoniyati bilan bog‘langan.