Link tải luận văn miễn phí cho ae Kết nối
Luận án TS. Vật lý chất rắn -- Trường Đại học Khoa học Tự nhiên. Đại học Quốc gia Hà Nội, 2011
Nghiên cứu tổng quan về vật liệu Si và khuếch tán trong vật liệu Si. Nghiên cứu mở rộng định luật lực tổng quát, định luật Onsager và định luật Fick, tìm ra sự tương thích và đồng nhất giữa định luật Onsager và định luật Fick làm cơ sở để áp dụng cho bài toán khuếch tán đồng thời B và sai hỏng điểm trong Si. Phát triển, hoàn thiện bài toán và hệ phương trình khuếch tán đồng thời B và sai hỏng điểm trong Si. Phát triển lý thuyết giải số hệ phương trình khuếch tán đồng thời B, I và V trong Si để tìm ra được phân bố cuả B và sai hỏng điểm trong Si. Thảo luận kết quả, áp dụng để lý giải các kết quả thực nghiệm và các hiện tượng khuếch tán dị thường. Mô phỏng quá trình khuếch tán động của B và sai hỏng điểm trong Si
MỞ ĐẦU..................................................................................................................... 8
Chƣơng I. MỘT SỐ VẤN ĐỀ TỔNG QUAN ......................................................... 11
1.1. Vật liệu bán dẫn silic .....................................................................................11
1.1.1. Một vài tính chất cơ bản của vậtt liệu bán dẫn silic ...............................12
1.1.2. Sai hỏng điểm trong vật liệu bán dẫn Si.................................................13
1.1.3. Tự khuếch tán trong vật liệu bán dẫn Si.................................................14
1.2. Khuếch tán tạp chất trong vật liệu bán dẫn Si ...............................................15
1.2.1. Cơ chế khuếch tán tạp chất trong Si........................................................20
1.2.2. Khuếch tán B trong Si .............................................................................21
1.2.3. Sai hỏng điểm sinh ra do khuếch tán tạp chất trong Si .........................29
1.3. Hệ số khuếch tán phụ thuộc vào nồng độ và căng mạng...............................23
1.3.1. Mô hình khuếch tán của S. Hu ...............................................................23
1.3.2. Mô hình khuếch tán của N. Thai ............................................................23
1.3.3. Mô hình khuếch tán của ĐK. An............................................................24
1.4. Những kết quả thực nghiệm về khuếch tán tạp chất và sai hỏng ..................25
1.5. Định luật Fick và định luật Onsager ..............................................................27
1.5.1. Mật độ dòng khuếch tán .........................................................................27
1.5.2. Định luật Fick ........................................................................................28
1.5.3. Định luật lực tổng quát và định luật Onsager........................................28
1.5.4. Những mâu thuẫn của định luật Fick và định luật Onsager ...................38
1.5.5. Thảo luận ................................................................................................29
1.6. Khuếch tán đồng thời B và sai hỏng điểm trong Si .......................................38
1.6.1. Mật độ dòng khuếch tán theo lý thuyết Onsager....................................29
1.6.2. Mật độ dòng khuếch tán đồng thời của B, I và V...................................31
KẾT LUẬN CHƢƠNG I......................................................................................33 VÀ ĐỊNH LUẬT FICK ........................................................................ 34
2.1. Dòng tuyệt đối và dòng thực..........................................................................34
2.2. Các định luật khuếch tán tuyến tính ..............................................................36
2.3. Định luật lực tổng quát phi tuyến ..................................................................36
2.4. Định luật định luật Onsager phi tuyến..........................................................37
2.5. Nguồn gốc chung của định luật Fick và định luật Onsager...........................37
2.6. Sự đồng nhất giữa định luật Fick và định luật Onsager.................................38
2.7. Thảo luận .......................................................................................................51
KẾT LUẬN CHƢƠNG II.....................................................................................39
Chƣơng III. HỆ PHƢƠNG TRÌNH KHUẾCH TÁN ĐỒNG THỜI B VÀ SAI
HỎNG ĐIỂM TRONG Si..................................................................... 40
3.1. Hệ phƣơng trình khuếch tán B, I và V dạng parabolic ..................................40
3.1.1. Hệ phƣơng trình khuếch tán B, I và V ...................................................40
3.1.2. Hệ quả.....................................................................................................47
3.1.3. Thảo luận ................................................................................................50
3.2. Hệ phƣơng trình khuếch tán B, I và V trong trƣờng hợp giới hạn ...............51
3.2.1. Các giả thiết............................................................................................52
3.2.2. Thảo luận ................................................................................................56
KẾT LUẬN CHƢƠNG III ...................................................................................56
Chƣơng IV. LỜI GIẢI SỐ HỆ PHƢƠNG TRÌNH KHUẾCH TÁN ĐỒNG
THỜI B VÀ SAI HỎNG ĐIỂM TRONG Si ........................................ 57
4.1. Mô hình bài toán khuếch tán đồng thời B, I và V trong Si…………..73
4.2. Phƣơng pháp giải số hệ phƣơng trình khuếch tán B, I và V..........................58
4.3. Phƣơng pháp sai phân hữu hạn......................................................................59
4.3.1. Phƣơng pháp sai phân bốn điểm FTCS..................................................60
4.3.2. Phƣơng pháp sai phân ngƣợc dòng ........................................................62
4.4. Lời giải số hệ phƣơng trình khuếch tán đồng thời B, I và V.........................66
4.4.1. Chƣơng trình tính toán ...........................................................................66
4.4.2. Kết quả....................................................................................................67
4.4.3. Thảo luận ................................................................................................75
KẾT LUẬN CHƢƠNG IV………………………………………………101
Chƣơng V. MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH KHUẾCH TÁN ĐỘNG CỦA B VÀ SAI HỎNG ĐIỂM TRONG Si...................................................... 82
5.1. Mô hình khuếch tán đồng thời B và sai hỏng điểm trong Si .........................82
5.2. Tốc độ khuếch tán và tần số các bƣớc di chuyển của B, I và V ....................85
5.3. Chƣơng trình mô phỏng khuếch tán động của B, I và V...............................87
5.4. Kết quả...........................................................................................................89
KẾT LUẬN CHƢƠNG V ....................................................................................93
KẾT LUẬN ..............................................................................................................94
CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ ................................................ 95
TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................... 96
PHỤ LỤC................................................................................................................ 107
P.1. Chƣơng trình giải số hệ phƣơng trình khuếch tán của B, I và V.................108
P.2. Chƣơng trình mô phỏng quá trình khuếch tán động của B, I và V .............116
P.3. Bảng số liệu kết quả giải số hệ phƣơng trình khuếch tán đồng thời của
B, I và V sau 10 phút khuếch tán ở nhiệt độ 10000C..................................127 1. Lý do chọn đề tài
Khuếch tán là một quá trình cơ bản và phổ biến của tự nhiên. Khuếch tán có
mặt trong mọi lĩnh vực của cuộc sống. Khuếch tán có vai trò quan trọng trong hầu
hết các ngành khoa học nhƣ: vật lý, hóa học, y-sinh học v.v. Khuếch tán đã từng thu
hút sự quan tâm của những nhà bác học nổi tiếng nhƣ A. Fick và A. Eistein. Khuếch
tán đóng vai trò quyết định trong khoa học về vật liệu. Từ khi W. Shockley và J.
Bardeen khám phá ra hiệu ứng transistor vào năm 1948, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp điện tử, vi điện tử, thì khuếch tán tạp chất trong các vật
liệu bán dẫn nhƣ Si, Ge, GaAs … đã trở nên đặc biệt quan trọng. Hiện nay trên thế
giới đang thực hiện ứng dụng mạnh mẽ khuếch tán trong các hợp chất cao phân tử,
trong bảo vệ môi trƣờng, trong y-sinh học, dƣợc phẩm, mỹ phẩm, chất dẻo, cao su,
gốm sứ, các màng bảo vệ hóa chất, màng bảo vệ oxi hoá, khuếch tán thuốc và chất
dinh dƣỡng qua lớp vỏ tế bào của sinh vật và cơ thể con ngƣời v.v...
Pha tạp chất vào các vật liệu bán dẫn là một bƣớc công nghệ quan trọng trong
công nghệ chế tạo linh kiện bán dẫn và mạch IC. Sự phân bố mồng độ tạp chất và sai
hỏng điểm trong vật liệu bán dẫn quyết định đến các đặc tính và chất lƣợng của linh
kiện và mạch IC.
Quá trình khuếch tán tạp chất (dù chỉ một loại tạp chất) thì cũng là quá trình
khuếch đa thành phần. Các bằng chứng thực nghiệm đã cho thấy quá trình khuếch tán
bất kỳ một loại tạp chất nào trong vật liệu bán dẫn đều làm sinh ra các sai hỏng điểm
(điền kẽ và nút khuyết), các sai hỏng điểm tƣơng tác với nguyên tử tạp chất, khuếch
tán đồng thời với tạp chất, làm cho phân bố tạp chất và sai hỏng điểm trở nên phức
tạp hơn và bị sai khác so với khuếch tán đơn thành phần. Ngoài ra trong quá trình chế
tạo linh kiện bán dẫn và mạch IC có nhiều bƣớc công nghệ cần pha đồng thời
nhiều loại tạp chất khác nhau. Nhƣ vậy, hầu hết các quá trình khuếch tán tạp chất
trong vật liệu bán là các quá trình khuếch tán đồng thời tạp chất và sai hỏng điểm.
Các kết quả thực nghiệm đã cho phép đoán quá trình khuếch tán đồng thời tạp
chất và sai hỏng điểm là nguyên nhân trực tiếp gây ra các hiện tƣợng khuếch tán dị
thƣờng trong vật liệu bán dẫn nhƣ EDE, REDE, LDE … là những hiệu ứng làm ảnh
hƣởng nghiêm trọng đến những đặc tính và chất lƣợng của linh kiện bán dẫn. Vì vậy,
nghiên cứu khuếch tán đồng thời tạp chất và sai hỏng điểm, cùng các hiệu ứng liên
quan trong vật liệu bán dẫn là cần thiết và có ích cho công nghệ pha tạp, nhằm đảm
bảo chế tạo đƣợc những linh kiện điện tử có những đặc tính nhƣ mong muốn. Đề tài
của luận án đã lựa chọn theo hƣớng nghiên cứu khuếch tán đa thành phần trong Si.
Tên đề tài của luận án là: Nghiên cứu khuếch tán đồng thời tạp chất và sai hỏng
điểm trong silic.
2. Mục tiêu và phạm vi của luận án
Đề tài nghiên cứu của luận án trong phạm vi lý thuyết về pha tạp và khuếch
trong vật liệu bán dẫn với các mục tiêu chính là: Nghiên cứu tổng quan lý thuyết và thực nghiệm về khuếch tán đơn, khuếch tán đa thành phần trong vật liệu bán dẫn Si
và một số hiện tƣợng khuếch tán dị thƣờng trong quá trình khuếch tán tạp chất trong
Si. Nghiên cứu tính tƣơng thích và sự đồng nhất giữa định luật Fick và định luật
Onsager. Nghiên cứu phát triển bài toán khuếch tán đồng thời tạp chất B và sai
hỏng điểm trong Si. Tìm ra đƣợc phân bố của tạp chất B và sai hỏng điểm theo
chiều sâu và theo thời gian trong Si. Ứng dụng kết quả để lý giải các kết quả thực
nghiệm và giải thích một số hiện tƣợng khuếch tán dị thƣờng trong Si. Thực hiện
mô phỏng quá trình khuếch động của B và sai hỏng điểm trong Si.
3. Nội dung chính của luận án
i) Nghiên cứu tổng quan về vật liệu Si và khuếch tán trong vật liệu Si.
ii) Nghiên cứu mở rộng định luật lực tổng quát, định luật Onsager và định luật
Fick, tìm ra sự tƣơng thích và đồng nhất giữa định luật Onsager và định luật
Fick làm cơ sở để áp dụng cho bài toán khuếch tán đồng thời B và sai hỏng
điểm trong Si.
iii) Phát triển, hoàn thiện bài toán và hệ phƣơng trình khuếch tán đồng thời B và
sai hỏng điểm trong Si.
iv) Phát triển lý thuyết giải số hệ phƣơng trình khuếch tán đồng thời B, I và V
trong Si để tìm ra đƣợc phân bố cuả B và sai hỏng điểm trong Si. Thảo luận
kết quả, áp dụng để lý giải các kết quả thực nghiệm và các hiện tƣợng
khuếch tán dị thƣờng.
v) Mô phỏng quá trình khuếch tán động của B và sai hỏng điểm trong Si.
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
Các kết quả của luận án có ý nghĩa đối với lý thuyết pha tạp và
khuếch tán trong vật liệu bán dẫn với những ý nghĩa chính:
i. Sự tƣơng thích và đồng nhất giữa định luật Onsager và Fick đã đƣợc chứng
minh, làm cơ sở để có thể mô tả quá trình khuếch tán đồng thời B và sai
hỏng điểm trong Si rất phức tạp bằng một hệ phƣơng parabolic phi tuyến
dạng truyền tải – khuếch tán.
ii. Phát triển một phƣơng pháp nghiên cứu về phân bố tạp chất và sai hỏng điểm
trong chất bán dẫn, cụ thể là: Áp dụng lý thuyết nhiệt động lực học không
thuận nghịch (lý thuyết Onsager) để mô tả quá trình khuếch tán đồng thời tạp
Ket-noi.com k 1.1.2. Sai hỏng điểm trong vật liệu bán dẫn Si
Nhiều bằng chứng thực nghiệm và các tính toán lý thuyết cho thấy sai hỏng
điểm có vai trò quyết định đến quá trình khuếch tán tạp chất trong chất bán dẫn,
đồng thời các sai hỏng điểm cũng đƣợc sinh ra do khuếch tán tạp chất và các sai
hỏng điểm có thể là nguyên nhân trực tiếp gây ra các hiện tƣợng khuếch tán tán dị
thƣờng [105].
Tất cả các sự gián đoạn sinh ra trong mạng tinh thể tuần hoàn đều đƣợc gọi
là sai hỏng. Có nhiều loại sai hỏng khác nhau nhƣ sai hỏng điểm, sai hỏng đƣờng,
sai hỏng mặt v.v. Sai hỏng điểm có vai trò quyết định đến cơ chế khuếch tán và tốc
độ khuếch tán tạp chất trong chất bán dẫn [8, 105]. Sai hỏng điểm là một thực thể
gây ra sự gián đoạn tính chu kỳ của mạng tinh thể. Sai hỏng điểm bao gồm các loại
chính:
i) Nút khuyết (V- vacancy) là các chỗ trống mà ở đó nguyên tử mạng gốc
đã bị loại khỏi vị trí bình thƣờng của nó.
ii) Điền kẽ (I - interstitial) là các nguyên tử mạng gốc ở vào các vị trí khác
với vị trí bình thƣờng của nó. Có hai loại điền kẽ là các điền kẽ do các
nguyên tử mạng gốc (tự điền kẽ) và các điền kẽ do nguyên tử tạp chất.
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
Luận án TS. Vật lý chất rắn -- Trường Đại học Khoa học Tự nhiên. Đại học Quốc gia Hà Nội, 2011
Nghiên cứu tổng quan về vật liệu Si và khuếch tán trong vật liệu Si. Nghiên cứu mở rộng định luật lực tổng quát, định luật Onsager và định luật Fick, tìm ra sự tương thích và đồng nhất giữa định luật Onsager và định luật Fick làm cơ sở để áp dụng cho bài toán khuếch tán đồng thời B và sai hỏng điểm trong Si. Phát triển, hoàn thiện bài toán và hệ phương trình khuếch tán đồng thời B và sai hỏng điểm trong Si. Phát triển lý thuyết giải số hệ phương trình khuếch tán đồng thời B, I và V trong Si để tìm ra được phân bố cuả B và sai hỏng điểm trong Si. Thảo luận kết quả, áp dụng để lý giải các kết quả thực nghiệm và các hiện tượng khuếch tán dị thường. Mô phỏng quá trình khuếch tán động của B và sai hỏng điểm trong Si
MỞ ĐẦU..................................................................................................................... 8
Chƣơng I. MỘT SỐ VẤN ĐỀ TỔNG QUAN ......................................................... 11
1.1. Vật liệu bán dẫn silic .....................................................................................11
1.1.1. Một vài tính chất cơ bản của vậtt liệu bán dẫn silic ...............................12
1.1.2. Sai hỏng điểm trong vật liệu bán dẫn Si.................................................13
1.1.3. Tự khuếch tán trong vật liệu bán dẫn Si.................................................14
1.2. Khuếch tán tạp chất trong vật liệu bán dẫn Si ...............................................15
1.2.1. Cơ chế khuếch tán tạp chất trong Si........................................................20
1.2.2. Khuếch tán B trong Si .............................................................................21
1.2.3. Sai hỏng điểm sinh ra do khuếch tán tạp chất trong Si .........................29
1.3. Hệ số khuếch tán phụ thuộc vào nồng độ và căng mạng...............................23
1.3.1. Mô hình khuếch tán của S. Hu ...............................................................23
1.3.2. Mô hình khuếch tán của N. Thai ............................................................23
1.3.3. Mô hình khuếch tán của ĐK. An............................................................24
1.4. Những kết quả thực nghiệm về khuếch tán tạp chất và sai hỏng ..................25
1.5. Định luật Fick và định luật Onsager ..............................................................27
1.5.1. Mật độ dòng khuếch tán .........................................................................27
1.5.2. Định luật Fick ........................................................................................28
1.5.3. Định luật lực tổng quát và định luật Onsager........................................28
1.5.4. Những mâu thuẫn của định luật Fick và định luật Onsager ...................38
1.5.5. Thảo luận ................................................................................................29
1.6. Khuếch tán đồng thời B và sai hỏng điểm trong Si .......................................38
1.6.1. Mật độ dòng khuếch tán theo lý thuyết Onsager....................................29
1.6.2. Mật độ dòng khuếch tán đồng thời của B, I và V...................................31
KẾT LUẬN CHƢƠNG I......................................................................................33 VÀ ĐỊNH LUẬT FICK ........................................................................ 34
2.1. Dòng tuyệt đối và dòng thực..........................................................................34
2.2. Các định luật khuếch tán tuyến tính ..............................................................36
2.3. Định luật lực tổng quát phi tuyến ..................................................................36
2.4. Định luật định luật Onsager phi tuyến..........................................................37
2.5. Nguồn gốc chung của định luật Fick và định luật Onsager...........................37
2.6. Sự đồng nhất giữa định luật Fick và định luật Onsager.................................38
2.7. Thảo luận .......................................................................................................51
KẾT LUẬN CHƢƠNG II.....................................................................................39
Chƣơng III. HỆ PHƢƠNG TRÌNH KHUẾCH TÁN ĐỒNG THỜI B VÀ SAI
HỎNG ĐIỂM TRONG Si..................................................................... 40
3.1. Hệ phƣơng trình khuếch tán B, I và V dạng parabolic ..................................40
3.1.1. Hệ phƣơng trình khuếch tán B, I và V ...................................................40
3.1.2. Hệ quả.....................................................................................................47
3.1.3. Thảo luận ................................................................................................50
3.2. Hệ phƣơng trình khuếch tán B, I và V trong trƣờng hợp giới hạn ...............51
3.2.1. Các giả thiết............................................................................................52
3.2.2. Thảo luận ................................................................................................56
KẾT LUẬN CHƢƠNG III ...................................................................................56
Chƣơng IV. LỜI GIẢI SỐ HỆ PHƢƠNG TRÌNH KHUẾCH TÁN ĐỒNG
THỜI B VÀ SAI HỎNG ĐIỂM TRONG Si ........................................ 57
4.1. Mô hình bài toán khuếch tán đồng thời B, I và V trong Si…………..73
4.2. Phƣơng pháp giải số hệ phƣơng trình khuếch tán B, I và V..........................58
4.3. Phƣơng pháp sai phân hữu hạn......................................................................59
4.3.1. Phƣơng pháp sai phân bốn điểm FTCS..................................................60
4.3.2. Phƣơng pháp sai phân ngƣợc dòng ........................................................62
4.4. Lời giải số hệ phƣơng trình khuếch tán đồng thời B, I và V.........................66
4.4.1. Chƣơng trình tính toán ...........................................................................66
4.4.2. Kết quả....................................................................................................67
4.4.3. Thảo luận ................................................................................................75
KẾT LUẬN CHƢƠNG IV………………………………………………101
Chƣơng V. MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH KHUẾCH TÁN ĐỘNG CỦA B VÀ SAI HỎNG ĐIỂM TRONG Si...................................................... 82
5.1. Mô hình khuếch tán đồng thời B và sai hỏng điểm trong Si .........................82
5.2. Tốc độ khuếch tán và tần số các bƣớc di chuyển của B, I và V ....................85
5.3. Chƣơng trình mô phỏng khuếch tán động của B, I và V...............................87
5.4. Kết quả...........................................................................................................89
KẾT LUẬN CHƢƠNG V ....................................................................................93
KẾT LUẬN ..............................................................................................................94
CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ ................................................ 95
TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................... 96
PHỤ LỤC................................................................................................................ 107
P.1. Chƣơng trình giải số hệ phƣơng trình khuếch tán của B, I và V.................108
P.2. Chƣơng trình mô phỏng quá trình khuếch tán động của B, I và V .............116
P.3. Bảng số liệu kết quả giải số hệ phƣơng trình khuếch tán đồng thời của
B, I và V sau 10 phút khuếch tán ở nhiệt độ 10000C..................................127 1. Lý do chọn đề tài
Khuếch tán là một quá trình cơ bản và phổ biến của tự nhiên. Khuếch tán có
mặt trong mọi lĩnh vực của cuộc sống. Khuếch tán có vai trò quan trọng trong hầu
hết các ngành khoa học nhƣ: vật lý, hóa học, y-sinh học v.v. Khuếch tán đã từng thu
hút sự quan tâm của những nhà bác học nổi tiếng nhƣ A. Fick và A. Eistein. Khuếch
tán đóng vai trò quyết định trong khoa học về vật liệu. Từ khi W. Shockley và J.
Bardeen khám phá ra hiệu ứng transistor vào năm 1948, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp điện tử, vi điện tử, thì khuếch tán tạp chất trong các vật
liệu bán dẫn nhƣ Si, Ge, GaAs … đã trở nên đặc biệt quan trọng. Hiện nay trên thế
giới đang thực hiện ứng dụng mạnh mẽ khuếch tán trong các hợp chất cao phân tử,
trong bảo vệ môi trƣờng, trong y-sinh học, dƣợc phẩm, mỹ phẩm, chất dẻo, cao su,
gốm sứ, các màng bảo vệ hóa chất, màng bảo vệ oxi hoá, khuếch tán thuốc và chất
dinh dƣỡng qua lớp vỏ tế bào của sinh vật và cơ thể con ngƣời v.v...
Pha tạp chất vào các vật liệu bán dẫn là một bƣớc công nghệ quan trọng trong
công nghệ chế tạo linh kiện bán dẫn và mạch IC. Sự phân bố mồng độ tạp chất và sai
hỏng điểm trong vật liệu bán dẫn quyết định đến các đặc tính và chất lƣợng của linh
kiện và mạch IC.
Quá trình khuếch tán tạp chất (dù chỉ một loại tạp chất) thì cũng là quá trình
khuếch đa thành phần. Các bằng chứng thực nghiệm đã cho thấy quá trình khuếch tán
bất kỳ một loại tạp chất nào trong vật liệu bán dẫn đều làm sinh ra các sai hỏng điểm
(điền kẽ và nút khuyết), các sai hỏng điểm tƣơng tác với nguyên tử tạp chất, khuếch
tán đồng thời với tạp chất, làm cho phân bố tạp chất và sai hỏng điểm trở nên phức
tạp hơn và bị sai khác so với khuếch tán đơn thành phần. Ngoài ra trong quá trình chế
tạo linh kiện bán dẫn và mạch IC có nhiều bƣớc công nghệ cần pha đồng thời
nhiều loại tạp chất khác nhau. Nhƣ vậy, hầu hết các quá trình khuếch tán tạp chất
trong vật liệu bán là các quá trình khuếch tán đồng thời tạp chất và sai hỏng điểm.
Các kết quả thực nghiệm đã cho phép đoán quá trình khuếch tán đồng thời tạp
chất và sai hỏng điểm là nguyên nhân trực tiếp gây ra các hiện tƣợng khuếch tán dị
thƣờng trong vật liệu bán dẫn nhƣ EDE, REDE, LDE … là những hiệu ứng làm ảnh
hƣởng nghiêm trọng đến những đặc tính và chất lƣợng của linh kiện bán dẫn. Vì vậy,
nghiên cứu khuếch tán đồng thời tạp chất và sai hỏng điểm, cùng các hiệu ứng liên
quan trong vật liệu bán dẫn là cần thiết và có ích cho công nghệ pha tạp, nhằm đảm
bảo chế tạo đƣợc những linh kiện điện tử có những đặc tính nhƣ mong muốn. Đề tài
của luận án đã lựa chọn theo hƣớng nghiên cứu khuếch tán đa thành phần trong Si.
Tên đề tài của luận án là: Nghiên cứu khuếch tán đồng thời tạp chất và sai hỏng
điểm trong silic.
2. Mục tiêu và phạm vi của luận án
Đề tài nghiên cứu của luận án trong phạm vi lý thuyết về pha tạp và khuếch
trong vật liệu bán dẫn với các mục tiêu chính là: Nghiên cứu tổng quan lý thuyết và thực nghiệm về khuếch tán đơn, khuếch tán đa thành phần trong vật liệu bán dẫn Si
và một số hiện tƣợng khuếch tán dị thƣờng trong quá trình khuếch tán tạp chất trong
Si. Nghiên cứu tính tƣơng thích và sự đồng nhất giữa định luật Fick và định luật
Onsager. Nghiên cứu phát triển bài toán khuếch tán đồng thời tạp chất B và sai
hỏng điểm trong Si. Tìm ra đƣợc phân bố của tạp chất B và sai hỏng điểm theo
chiều sâu và theo thời gian trong Si. Ứng dụng kết quả để lý giải các kết quả thực
nghiệm và giải thích một số hiện tƣợng khuếch tán dị thƣờng trong Si. Thực hiện
mô phỏng quá trình khuếch động của B và sai hỏng điểm trong Si.
3. Nội dung chính của luận án
i) Nghiên cứu tổng quan về vật liệu Si và khuếch tán trong vật liệu Si.
ii) Nghiên cứu mở rộng định luật lực tổng quát, định luật Onsager và định luật
Fick, tìm ra sự tƣơng thích và đồng nhất giữa định luật Onsager và định luật
Fick làm cơ sở để áp dụng cho bài toán khuếch tán đồng thời B và sai hỏng
điểm trong Si.
iii) Phát triển, hoàn thiện bài toán và hệ phƣơng trình khuếch tán đồng thời B và
sai hỏng điểm trong Si.
iv) Phát triển lý thuyết giải số hệ phƣơng trình khuếch tán đồng thời B, I và V
trong Si để tìm ra đƣợc phân bố cuả B và sai hỏng điểm trong Si. Thảo luận
kết quả, áp dụng để lý giải các kết quả thực nghiệm và các hiện tƣợng
khuếch tán dị thƣờng.
v) Mô phỏng quá trình khuếch tán động của B và sai hỏng điểm trong Si.
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
Các kết quả của luận án có ý nghĩa đối với lý thuyết pha tạp và
khuếch tán trong vật liệu bán dẫn với những ý nghĩa chính:
i. Sự tƣơng thích và đồng nhất giữa định luật Onsager và Fick đã đƣợc chứng
minh, làm cơ sở để có thể mô tả quá trình khuếch tán đồng thời B và sai
hỏng điểm trong Si rất phức tạp bằng một hệ phƣơng parabolic phi tuyến
dạng truyền tải – khuếch tán.
ii. Phát triển một phƣơng pháp nghiên cứu về phân bố tạp chất và sai hỏng điểm
trong chất bán dẫn, cụ thể là: Áp dụng lý thuyết nhiệt động lực học không
thuận nghịch (lý thuyết Onsager) để mô tả quá trình khuếch tán đồng thời tạp
Ket-noi.com k 1.1.2. Sai hỏng điểm trong vật liệu bán dẫn Si
Nhiều bằng chứng thực nghiệm và các tính toán lý thuyết cho thấy sai hỏng
điểm có vai trò quyết định đến quá trình khuếch tán tạp chất trong chất bán dẫn,
đồng thời các sai hỏng điểm cũng đƣợc sinh ra do khuếch tán tạp chất và các sai
hỏng điểm có thể là nguyên nhân trực tiếp gây ra các hiện tƣợng khuếch tán tán dị
thƣờng [105].
Tất cả các sự gián đoạn sinh ra trong mạng tinh thể tuần hoàn đều đƣợc gọi
là sai hỏng. Có nhiều loại sai hỏng khác nhau nhƣ sai hỏng điểm, sai hỏng đƣờng,
sai hỏng mặt v.v. Sai hỏng điểm có vai trò quyết định đến cơ chế khuếch tán và tốc
độ khuếch tán tạp chất trong chất bán dẫn [8, 105]. Sai hỏng điểm là một thực thể
gây ra sự gián đoạn tính chu kỳ của mạng tinh thể. Sai hỏng điểm bao gồm các loại
chính:
i) Nút khuyết (V- vacancy) là các chỗ trống mà ở đó nguyên tử mạng gốc
đã bị loại khỏi vị trí bình thƣờng của nó.
ii) Điền kẽ (I - interstitial) là các nguyên tử mạng gốc ở vào các vị trí khác
với vị trí bình thƣờng của nó. Có hai loại điền kẽ là các điền kẽ do các
nguyên tử mạng gốc (tự điền kẽ) và các điền kẽ do nguyên tử tạp chất.
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
You must be registered for see links