Болтакс Б.И. Диффузия в полупроводниках

Коллектив авторов. — М.: Физматгиз, 1961. — 462 с.В предлагаемой монографии мы попытались обобщить и систематизировать накопленный за последние годы (до 1960 г.) экспериментальный материал по диффузии примесей и самодиффузии в различных полупроводниковых материалах. Часть этого материала была получена в лаборатории диффузионных процессов Института полупроводников АН СССР. Экспериментальному материалу предпосланы главы, в которых излагаются основы теории диффузии в твердых телах и, в частности, в полупроводниках.
Первая глава содержит краткое описание дефектов, наиболее часто встречающихся в полупроводниковых кристаллах. Учет этих дефектов позволяет понять механизм самодиффузии и диффузии примесей в реальных кристаллах.
Во второй главе излагаются основные физические представления и теория процессов самодиффузии и гетеродиффузии в твердых телах.
Третья глава посвящена некоторым специфическим особенностям процессов диффузии в полупроводниках и ионных кристаллах.
В двух последующих главах изложены математические основы диффузии (гл. IV) и описаны экспериментальные методы исследования диффузии в полупроводниках (гл. V).
Скорость диффузии тесным образом связана с растворимостью диффундирующих частиц в веществе. Последнее можно проследить на примере диффузии и растворимости примесей в германии и кремнии (см. § 6 гл. III). Такая взаимосвязь между диффузией и растворимостью вызывается тем, что оба эти явления во многом обусловливаются одними и теми же факторами. Поэтому в последнее время замечается естественное стремление к одновременному изучению диффузии и растворимости примесей в полупроводниках. Подобное комплексное исследование позволяет глубже понять природу диффузионных процессов, наблюдающихся в веществе. В связи с этим мы включили в монографию специальную главу (гл. XI), посвященную растворимости примесей в полупроводниках и распаду полупроводниковых твердых растворов. Эта глава не претендует на исчерпывающее освещение вопроса, а должна лишь помочь читателю правильно ориентироваться при постановке диффузионных исследований и решении некоторых прикладных задач.
Проблемы, связанные с диффузионными методами изготовления полупроводниковых приборов, и другие прикладные вопросы диффузии в полупроводниках, естественно, не могли быть включены в эту книгу.
Мы отчетливо сознаем, что предлагаемая монография не лишена ряда недостатков. Насколько нам известно, эта монография является первой попыткой не только в отечественной, но и в мировой литературе систематизировать и изложить с единой точки зрения вопросы диффузии в полупроводниках. Поэтому нам кажется, что она будет полезна для лиц, соприкасающихся в своих исследованиях и производственной работе с вопросами диффузии в полупроводниках. Мы будем благодарны читателям за все критические замечания, которые могли бы быть учтены в будущем.Предисловие.
Введение.
Структурные дефекты и примеси в полупроводниках.
Введение.
Реальные кристаллы.
Влияние температуры на концентрацию тепловых дефектов.
Радиационные дефекты в кристаллах.
Дефектообразование и прочность химических связей в кристаллах.
Примеси в полупроводниках.
Энергетические уровни примесей.
Распределение электронов по квантовым состояниям в примесных полупроводниках.
Компенсированные примеси.
Центры окрашивания в изолирующих кристаллах и полупроводниках.
Дислокация.
Химическая связь в полупроводниках.
Литература.
Кинетика процессов самодиффузии и диффузии примесей в твердых телах.
Основные представления о кинетике диффузионных процессов в твердых телах.
Диффузия и теория абсолютных скоростей реакций.
Диффузия в твердых растворах внедрения.
Самодиффузия в металлах и других элементарных кристаллах.
Диффузия в твердых растворах замещения.
Влияние примесей (третьей компоненты) на скорость диффузии в металлах и сплавах.
Термодинамическое описание диффузии в многокомпонентных системах.
Эффект Киркендолла.
Реактивная диффузия.
Диффузия и механизм образования полупроводниковых пленок при окислении металлов.
Литература.
Некоторые вопросы теории диффузии в полупроводниках и ионных кристаллах.
Взаимодействие примесных ионов и комплексообразование при диффузии в полупроводниках.
Кулоновское взаимодействие при вакантном: механизме диффузии в полупроводниках. Коэффициент диффузии и уровень химического потенциала в полупроводниках.
Самодиффузия и ионная проводимость в полярных кристаллах.
Комплексообразование и диффузия примесей в полярных кристаллах.
Соотношение Эйнштейна. Причины наблюдающихся отклонений.
К вопросу об аномальной скорости диффузии некоторых примесей в германии и кремнии.
Литература.
Математические основы процессов диффузии.
Введение.
Общее решение уравнения диффузии в случае неограниченного тела.
Частные случаи решения уравнения диффузии для неограниченного тела.
Решение уравнения диффузии для пол у ограниченного тела.
Решение уравнения диффузии для тела конечных размеров со связывающими границами.
Диффузия в поле внешних сил, или вынужденная диффузия.
Концентрационная зависимость коэффициента диффузии.
Литература.
Методы исследования диффузии в полупроводниках.
Введение.
Метод снятия слоев.
Абсорбционные методы.
Метод продольного среза.
Метод электронно-дырочного перехода.
Метод фото-э.д.с.
Метод электропроводности.
Емкостный метод.
Определение диффузионных параметров.
Литература.
Диффузия в германии.
Диффузия и электрическая активность примесей в германии.
Термическая конверсия и диффузионные процессы в германии.
Диффузия меди в германии.
Влияние постоянного электрического поля на диффузию меди в германии.
Влияние структурных дефектов в германии на диффузию и акцепторные свойства меда.
О механизме диффузии меди в германии.
Диффузия серебра, золота, никеля и железа в германии.
Диффузия лития в германии.
Влияние примесей на диффузию в германии.
Самодиффузия в германии.
Влияние примесей на самодиффузии германия.
Испарение примесей из германия.
Проникновение, растворение и диффузия газов в германии.
Литература.
Диффузия в кремнии.
Диффузия донорных и акцепторных примесей в кремнии.
Диффузия меди в кремнии.
Диффузия и подвижность ионов лития в кремнии.
Быстродиффундирующие акцепторы в кремнии.
Влияние постоянного электрического поля на диффузию золота и серебра в кремции.
О некотором различии в механизме диффузии примесей в германии и кремнии.
Проникновение, растворение я диффузия газов в кремнии.
Литература.
Диффузия в элементарных полупроводниках.
Введение.
Структурные особенности серы, селена я теллура.
Самодиффузия в сере.
Самодиффузия в селене.
Диффузия ртути в селене.
Диффузия некоторых примесей в селене.
Диффузия в теллуре.
Самодиффузия в фосфоре.
Самодиффузия в графите.
Литература.
Диффузия в окислах.
Окисные полупроводники.
Диффузия в закиси меди.
Самодиффузия в окиси цинка.
Самодиффузия в окислах группы железа.
Диффузия в других окислах.
Самодиффузия катионов и механизм образования шпинелей при реакции в твердом состоянии.
Литература.
Диффузия в полупроводниковых соединениях.
Полупроводниковые соединения.
Самодиффузия и диффузия примесей в сульфиде свинца.
Самодиффузия и диффузия примесей в теллуриде и селениде свинца.
Диффузия сурьмы и олова.. Самодиффузия в ZnS.
Возникновение полупроводниковых слоев на металлах при реактивной диффузии.
Диффузия в интерметаллических соединениях.
Литература.
Растворимость примесей в полупроводниках.
Введение.
Основные закономерности образования твердых растворов.
«Разбавленные» твердые растворы в полупроводниках. Аналогия со слабыми электролитами.
Электролитическая модель растворения примесей в полупроводниках.
Взаимное влияние донорных и акцепторных примесей на их растворимость в полупроводник ах.
Растворимость и комплексообразование. Учет кулоновского взаимодействия между ионизованными примесями.
О коэффициенте сегрегации. Зависимость коэффициента сегрегации от температуры.
Растворимость и коэффициенты сегрегации примесей в германии.
Растворимость и коэффициенты сегрегации примесей в кремнии.
О ретроградной растворимости примесей в германии и кремнии.
Влияние донорно-акцепторного взаимодействия на растворимость примесей в германии и кремнии (экспериментальные данные).
Растворимость примесей в бинарных полупроводниковых соединениях.
Полупроводниковые системы с неограниченной растворимостью.
Сегрегация примесей и очистка вещества при направленной кристаллизации.
Элементы теории распада твердых растворов.
Кинетика распада твердого раствора лития в германии.
Распад твердых растворов меди и никеля в германии и кремнии.
Литература.