Предыдущая страница реферата | 1  2  3  4  5  6  7 | Следующая страница реферата

При определенных условиях скорость процесса окисления по мере роста концентрации окислителя уменьшается. Это явление часто называют пассивностью и связывают с образованием тонкой пленки окисла, препятствующей переносу окислителя или окисляемого вещества к реакционной поверхности раздела. В 1958 г. Вагнер ввел понятие об активном и пассивном окислении, имея в виду в первом случае процессы, не связанные с образованием оксидных пленок на поверхности исходного материала. Пассивное окисление отсутствует, когда выделяющиеся продукты реакции удаляются со скоростями, большими скорости их образования.

В настоящее время процессы активного и пассивного окисления полупроводников широко используются в технологии производства современных полупроводниковых приборов при проведении операций химического или газового травления, эпитаксии, термического окисления и диффузии. При этом основное внимание технологов и разработчиков сосредоточено на процессах пассивного окисления, что объясняется первостепенной ролью пленок термически выращенной двуокиси кремния в планарной технологии.

Экспериментальные законы роста оксидных пленок Если кинетика процесса активного окисления характеризуется в равновесии линейным законом, то в случае пассивного окисления физическая картина процесса усложняется процессом переноса реагента к реакционной поверхности раздела сквозь растущую пленку. При этом кинетика окисления может быть аппроксимирована следующими законами:

линейным Х(т)=К1*т; (1) параболическим Х2(т)=К2*т; (2) кубическим Х3(т)=К3*т; (3) логарифмическим Х(т)=К4*lg(В*т+1); (5) обратно логарифмическим K5/X(т)=А-lg(т) (6)

Существование каждого из этих законов определяется условиями проведения процесса окисления и свойствами исходного материала. Константы
К1-К5 зависят от температуры, давления реагента и природы окисляемого материала.

Часто экспериментально наблюдаемая кинетическая зависимость подчиняется двум или нескольким приведенным выше законам. Так, например, при высокотемпературном термическом окислении кремния в кислороде кинетика процесса на начальном этапе следует линейной зависимости, которая затем плавно переходит в параболическую.

При изучении экспериментальных данных по кинетике процесса термического окисления металлов и полупроводников в зависимости от температуры (см. таблицу 1), можно отметить следующее: при низких температурах, а значит, при малых результирующих толщинах окисных пленок преобладающей является логарифмическая или обратно логарифмическая зависимость; при промежуточных температурах к ним добавляется кубическая или параболическая закономерности; при высоких - кинетика процесса в подавляющем большинстве случаев следует параболическому линейному или смешанным линейно-параболическому или паралинейному законам.

Зависимость экспериментально наблюдаемых кинетических закономерностей от температуры процесса.

Таблица 1.

[pic]
Впервые логарифмическая или экспоненциальная зависимость кинетики процесса окисления была экспериментально получена Тамманом, исследовавшим окисление различных металлов на воздухе при сравнительно низких температурах. Так как методика Таммана была признана неверной, этой зависимости не уделяли почти никакого внимания, пока Вернон, Акеройд и Страуд не подтвердили ее пригодность к процессу окисления цинка при температурах ниже 350 С. В дальнейшем логарифмический закон был применен для целого ряда металлов, включая магний, церий, железо, никель, цирконий, тантал и титан.

Гораздо реже наблюдалась экспериментально обратно логарифмическая зависимость. Гарт, например, с ее помощью описал кинетику окисления алюминия в кислороде при 200 С, а Робертс - кинетику окисления железа при температурах от 0 до 1200 С. Нужно отметить, что при малых толщинах, а они в рассматриваемых случаях не превышали сотен ангстрем, экспериментальные данные обязательно отличаются разбросом, так что трудно определить, укладываются они лучше на кривую логарифмической или кривую обратно логарифмической зависимости.

Ознакомление с металлами, проявляющими сильную тенденцию к линейному окислению, показывает, что такие металлы обычно образуют окислы, удельный объем которых по отношению к удельному обьему металла либо меньше единицы, как у калия (0.45), бария (0,67) и магния (0.81), либо в несколько раз превышает единицу, как у урана (2.27), ниобия (2.68), тантала (2.50), молибдена (3.30) и вольфрама (3.35). В отношении первой группы можно сделать вывод о том, что окисел не способен образовывать когерентную пленку, благодаря чему процесс окисления проходит при непрерывном обнажении поверхности металла. В то же время у металлов с большой величиной оотношения удельных объемов линейное или паралинейное окисление может сопровождаться образованием растрескивающейся или пористой пленки, возможно, после начальной стадии окисления, на протяжении которой пленка остается когерентной. Таким образом, хотя на пути обобщения любого правила есть свои ограничения, все же величина объемного соотношения окисел- полупроводник служит определенным критерием защитной способности окисла.

Параболический закон окисления был открыт Тамманом и не зависиомо от него Пиллингом и Бедуортом. Экспериментально он наблюдается в подавляющем большинстве случаев при высокотемпературном окислении металлов и полупроводников и является следствием объмной диффузии реагентов сквозь растущую окисную пленку. Иногда выясняется, что результаты опытов по исследованию кинетики окисления металлов при промежуточных температурах можно с успехом аппроксимировать кубическим уравнением. Так обстоит дело с никелем при 400 С, титаном при 350-600 С и цирконием при 350-950 С. Можно отметить, что данная аппроксимация соответствует лишь определенному интервалу температур и является переходной формой между логарифмической и параболической закономерностями.

Теоретическое обоснование экспериментально наблюдаемых зависимостей.

Для теоретического обоснования было разработано множество теорий, основанных на объемной диффузии заряженных частиц или нейтральных пар, а также эффектах туннелирования электронов, нуклеации, кинетике адсорбции, образования ространственного заряда, изменении граничных концентраций диффундирующих частиц в зависимости от толщины пленки и многих других.

К сожалению, ни один из указанных механизмов не способен полностью объяснить обширный класс имеющихся к настоящему времени экспериментальных данных. Таким образом, основным вопросом, возникающим при рассмотрении проблемы теоретического обоснования экспериментальных кинетических моделей процесса пассивного окисления, является вопрос о том, действительно ли кинетика роста окисла определяется совокупностью целого ряда физических процессов, каждый из которых применим лишь при вполне определенных условиях, либо подавляющее большинство экспериментальных данных может быть отнесено к ограниченному числу предельных случаев одного и того же процесса или явления.

Не углубляясь в рассмотрение самих моделей, укажем лишь, что большинство из этих данных возможно описать в рамках единой модели, ограниченное число предельных случаев которой объясняло бы появление всех отмеченных выше кинетических закономерностей. Одной из таких моделей можно считать модель Фромхолда, основанную на рассмотрении процессов одновременной макроскопической диффузии заряженных частиц (ионов и электронов) сквозь гомогенную окисную пленку в присутствии электрического поля, созданного этими частицами (Fromhold A.T.-"J. Phys. Chem. Solids",
1963, v.24, p. 1081-1089).

Зависимость экспериментально наблюдаемых кинетических закономерностей от температуры процесса приведена в таблице 1.

2. Полупроводниковые резисторы

Полупроводниковые резисторы – это резисторы, изготовленные на основе полупроводникового материала методами полупроводниковой технологии.
Различают объемные и диффузионные полупроводниковые резисторы.

Объемные резисторы получают путем создания омических (невыпрямляющих) контактов металла с полупроводником. При идеальных контактах удельное сопротивление (( такого резистора определяется объемными свойствами полупроводника.

Поскольку на практике используют легированные полупроводники, их удельное сопротивление в случае полной ионизации примеси:

(((=[q((Nд+]-1 при Nд >> Na

(р(=[q(рNа-]-1 при Nа >> Nд

Несмотря на простоту конструктивного и технологического исполнения, объемные резисторы не нашли широкого применения из-за большой занимаемой площади и температурной нестабильности.

Рекомендуем скачать другие рефераты по теме: сочинение тарас бульбо, решебник по геометрии атанасян, сочинение.





Предыдущая страница реферата | 1  2  3  4  5  6  7 | Следующая страница реферата