Zn在III-V族半導(dǎo)體中擴散

Zn在III-V族半導(dǎo)體中擴散第一頁，共28頁。一、背景介紹二、Zn在III-V族半導(dǎo)體中擴散研究的實驗方法三、擴散機理簡介四、Zn在III-V族半導(dǎo)體中的擴散研究的分析手段五、銻化鎵紅外電池制備工藝的研究目

錄第二頁，共28頁。擴散法摻雜Zn的優(yōu)勢：

重要的P型摻雜物質(zhì)，具有雙重擴散前沿的kink-and-tail與單擴散前沿的box類型擴散曲線Ⅰ12為什么摻雜：

將可控制數(shù)量的雜質(zhì)摻入半導(dǎo)體內(nèi)以改變半導(dǎo)體的電特性擴散離子注入背景介紹第三頁，共28頁。Zn原子在N型襯底中的摻雜濃度分布器件的性能準(zhǔn)確預(yù)測在不同的擴散溫度與時間下Zn濃度曲線形貌、影響、需要

Zn擴散理論的研究價值Ⅱ第四頁，共28頁。Zn在III-V族半導(dǎo)體中擴散研究的實驗方法1.準(zhǔn)密封式擴散法1—固定螺絲,2—石墨頂蓋,3—石墨盒,4—支撐框架,5—III-V族化合物半導(dǎo)體晶片,6—石墨制成的晶片支撐板,7—鉆有圓孔的石墨網(wǎng),8—擴散源

Zn在III-V族半導(dǎo)體中擴散研究的實驗方法Ⅱ第五頁，共28頁。

Zn在III-V族半導(dǎo)體中擴散研究的實驗方法Ⅱ第六頁，共28頁。

Zn在III-V族半導(dǎo)體中擴散研究的實驗方法Ⅱ保護(hù)氣抽真空第七頁，共28頁。2.密封式擴散法ⅡZn在III-V族半導(dǎo)體中擴散研究的實驗方法第八頁，共28頁。ⅡZn在III-V族半導(dǎo)體中擴散研究的實驗方法第九頁，共28頁。保護(hù)氣抽真空

Zn在III-V族半導(dǎo)體中擴散研究的實驗方法Ⅱ第十頁，共28頁。擴散機理簡介Ⅲ擴散機理簡介第十一頁，共28頁。通過質(zhì)量作用定律,并且考慮到最終擴散樣品中填隙態(tài)Zn濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于替位態(tài)Zn濃度,那么由上述兩個方程描述的擴散過程中擴散率可通過下式粗略計算Ⅲ擴散機理簡介第十二頁，共28頁。

Boltzmann-Matan方法計算雜質(zhì)擴散率與濃度的關(guān)系

光致發(fā)光建立擴散方程，擬合擴散參數(shù)檢驗擬合參數(shù)Zn在III-V族半導(dǎo)體中的擴散研究的分析手段Ⅳ1234第十三頁，共28頁。4.1Boltzmann-Matan方法計算雜質(zhì)擴散率與濃度的關(guān)系

將菲克第二擴散定律中和采用η表示式中D表示擴散率，C表示雜質(zhì)濃度第十四頁，共28頁。將表達(dá)式作出相應(yīng)的轉(zhuǎn)化，得到帶入菲克擴散定律式中，得到4.1Boltzmann-Matan方法計算雜質(zhì)擴散率與濃度的關(guān)系

第十五頁，共28頁。對于半無限厚系統(tǒng)中的擴散,設(shè)定擴散邊界處x=0,其初始條件(t=0時)為當(dāng)采用η來表示上述初始條件時,可表示為4.1Boltzmann-Matan方法計算雜質(zhì)擴散率與濃度的關(guān)系

第十六頁，共28頁。當(dāng)η的取值使得濃度C1位于0和C‘之間時，可將*式對C進(jìn)行積分,由于擴散時間t為常數(shù),因此可以將X和t代替η代入上式，并且考慮到在C=0時，于是得到4.1Boltzmann-Matan方法計算雜質(zhì)擴散率與濃度的關(guān)系

第十七頁，共28頁。從中可得到擴散曲線中濃度C=C1時,擴散率D的大小由此，可以計算任意形貌擴散曲線中某確定濃度值C1時擴散率D的大小4.1Boltzmann-Matan方法計算雜質(zhì)擴散率與濃度的關(guān)系

第十八頁，共28頁。dx/dC為濃度為C1處擴散曲線的切線斜率值的倒數(shù),而為擴散曲線、C=C1時的水平線、以及橫縱坐標(biāo)圍起來的面積值,其值等于圖中條狀面積大小Zn原子無論是通過dissociative還是kick-out機制進(jìn)行擴散,其擴散率D與濃度C之間的關(guān)系總是確定的,這個關(guān)系決定于III族原子處空位的價態(tài)r或者處于填隙態(tài)的III族原子價態(tài)k。Boltzmann-Matano方法的作用就在于確定出r或k的具體數(shù)值。第十九頁，共28頁。2、GaSb紅外電池研究背景GaSb紅外電池是目前熱光伏發(fā)電系統(tǒng)中最常用的光電轉(zhuǎn)換器件，每年發(fā)表在國際能源類期刊上的熱光伏發(fā)電技術(shù)的論文中,90%以上都釆用GaSb電池作為光電轉(zhuǎn)換器件。除了應(yīng)用于熱光伏發(fā)電系統(tǒng),GaSb電池在近紅外波段具有較高光譜響應(yīng)度,可與近紅外波段激光器組成無線輸電系統(tǒng)在無人偵察機、心臟起搏器的無線輸電等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。1、紅外電池簡介紅外電池是光電池的一種，其通過吸收紅外波段的電磁波產(chǎn)生電能。主要用于熱輻射回收、提高可見光太陽能電池的效率。而太陽光譜中的一大部分為紅外線，低溫?zé)嵩匆矔椛浯罅考t外線。紅外電池的作用就是收集這一部分能量。Ⅴ銻化鎵紅外電池制備工藝的研究第二十頁，共28頁。銻化鎵紅外電池的傳統(tǒng)制備工藝流程第二十一頁，共28頁。準(zhǔn)密封式單步鋅擴散法優(yōu)缺點分析：單步鋅擴散法制備GaSb電池成本較低,但是由于腐燭重?fù)诫s層的過程非常難以控制,不利于批量生產(chǎn),而從限制了其大規(guī)模推廣第二十二頁，共28頁。兩步鋅擴散法優(yōu)缺點分析：解決了單步擴散法制備電池過程中腐燭重?fù)诫s層難以控制的問題，該方法制備出的電池表面受光區(qū)域為淺擴散，而電極以下區(qū)域為深擴散，這樣分成兩步進(jìn)行擴散的方式可有效增強電池的光譜響應(yīng)度。但是此類工藝中增加了一步擴散與光刻工藝，制備成本增加。第二十三頁，共28頁。金屬有機氣相外延（MOVPE）生長法優(yōu)缺點分析：避免擴散過程中產(chǎn)生表面重?fù)诫s層的問題。外延生長法可制備高效率的GaSb紅外電池。由于外延生長法所需要的外延生長設(shè)備非常昂貴,并且用于生長薄膜的原材料三乙基鎵(TEGa)、三甲基鋪(TMSb)、二甲基鋅(DMZn)等成本都較高，因此雖然采用外延法制備出的GaSb電池效率高,但是由于制備成本的限制,一直沒有得到中大規(guī)模的生產(chǎn)。第二十四頁，共28頁。4、鋅擴散法制備銻化鎵電池的優(yōu)化方法

傳統(tǒng)制備方法中擴散后生成的是kink-and-tail類型曲線，需要采用腐燭液逐漸去除高濃度擴散層，并在每次腐燭步驟后進(jìn)行測試，直到達(dá)到最優(yōu)輸出功率為止。擴散源中Ga原子的存在可以抑制Zn在GaSb表面高濃度層的產(chǎn)生，生成單擴散前沿的box類型曲線。由于在相同擴散溫度和時間下，box曲線形貌正好與kink-and-tail曲線中點之后的尾部區(qū)域完全重合，因此可利用這一現(xiàn)象，對單步鋅擴散法制備GaSb電池工藝做出改進(jìn)，簡化電極制備后繁瑣的腐蝕工藝。傳統(tǒng)工藝的繁瑣性以及低電池效率?。?！優(yōu)化方案：第