固体中的扩散课件

1、2022-3-2634n【实例实例】基于固相扩散的半导体掺杂基于固相扩散的半导体掺杂n本征半导体本征半导体掺杂半导体掺杂半导体- -施主、受主施主、受主2022-3-26678910111213142022-3-2615cJDx D：扩散系数（扩散系数（m2/s或或cm2/s）；）；负号：负号：粒子从粒子从浓度高处向浓度低处扩散（逆浓度梯度方向）浓度高处向浓度低处扩散（逆浓度梯度方向）Jx2022-3-2616cJDx 溶质原子流动的方向与浓度降低的方向一致2022-3-2617()cccJD ijkxyz 180;0;JccKxxt190;00;Jcxxct20t时间内，体积元中扩散物质的积

2、累量扩散物质的积累量()xxxmJ AJAtxxxJJmAtxx CJtx ()CtxCDxmmCxAV 2022-3-262122ccDtx 22222222()ccccDtxyz22ccDtx 23P2P1s1s22412ssdcdxP2P1s1s21/2sKP21()sdcJDdxD KPP 21()sdGD KJAAPPdt n球形容器：球形容器：n相同体积，表面积最小相同体积，表面积最小r1r2P2P124dGdcr Ddtdr 2112411ccdGDdtrr 右边积分212 1214ccdGDr rdtrr 212 1214ppdGDKr rdtrr sdcJ ADAdx 202

3、2-3-26杨为中 材 料 物 理 化 学27181971921105104100.0011.9610(/()scmcDxsJ个221917()43.1431.9610()1.3910(/)4AsdJsJ原 子 总 数 个n【例例】制造晶体管的方法之一是将杂质原制造晶体管的方法之一是将杂质原子扩散进入半导体材料，如果单晶硅中，子扩散进入半导体材料，如果单晶硅中，硅片厚度为硅片厚度为0.1cm，其中每，其中每107个硅原子中含个硅原子中含有一个磷原子，而表面上是涂有每有一个磷原子，而表面上是涂有每107个硅个硅原子中有原子中有400个磷原子，计算浓度梯度：个磷原子，计算浓度梯度：1）每厘米上原子

4、百分数？）每厘米上原子百分数？2）每厘米上单位）每厘米上单位体积的原子百分数。体积的原子百分数。 注：硅注：硅-晶格常数晶格常数a=0.5431nm3757110010400100%;140%0110SiCC内部内部P浓度浓度表面表面P浓度浓度53C104 100.0399x0.1 浓度梯度浓度梯度晶胞体积晶胞体积7223(0.5431 10)1.6 10VcmSi-金刚石结构，单位晶胞中含有8个Si107个Si所占体积：7183102 108totalVVcm1818181811000.005 10%2 102 14001002 10%0;SiCC19C1.995 10 x 浓度梯度浓度梯度

5、扩散的布朗运动理论扩散的布朗运动理论35123nor r:or r:分子在相继两次运动之间通过的路程216Dfr36373839n6)本征扩散、非本征扩散本征扩散、非本征扩散n本征本征热起伏引起点缺陷热起伏引起点缺陷-扩散扩散n空位空位n间隙间隙n非本征非本征杂质、非化学计量杂质、非化学计量414243444546216Dfrn有效跃迁两条件有效跃迁两条件n原子跃迁频率，跃过能垒原子跃迁频率，跃过能垒G的能力的能力n易位概率，质点周围空位概率，易位概率，质点周围空位概率，空位浓度空位浓度216Dfr26VAfN rA-比例系数：质点周围可供迁移位置数，比例系数：质点周围可供迁移位置数，如：体心立方格子如：体心立方格子A=8；面心立方格子面心立方格子A=12-质点跃迁频率，单位质点跃迁频率，单位t跃迁过能垒次数跃迁过能垒次数Nv-空位浓度（空位概