Ѕаза знаний студента. –еферат, курсова€, контрольна€, диплом на заказ

курсовые,контрольные,дипломы,рефераты

»сследование взаимосв€зи электрофизических параметров кремни€ полученного методом карботермического восстановлени€ от технологии его получени€ — –адиоэлектроника

ѕосмотреть видео по теме  урсовой

ћинистерство общего и высшего образовани€

–оссийской ‘едерации

»ркутский √осударственный ”ниверситет

‘изический факультет

 афедра электроники твердого тела


 урсова€ работа

»сследование взаимосв€зи электрофизических параметров кремни€ полученного методом карботермического восстановлени€ от технологии его получени€.

–аботу выполнил: студент группы 1431

Ўир€ев ƒмитрий јнатольевич

Ќаучный руководитель: кандидат ф-м наук,

доцент кафедры электроники твердого тела

—иницкий ¬ладимир ¬асильевич

†»ркутск 1998г.

ќглавление:

†¬ведениеЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕ..3

1 “ехнологи€ получени€ столбчатого мультикремни€ из кремни€ полученного методом карботермического восстановлени€ЕЕЕЕЕЕЕЕЕ.5

2 Ёлектрофизические параметры и зависимость их от технологий производстваЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕ.6

3 ƒиффузионна€ длина, фотопроводимость, врем€ жизниЕЕЕЕ..7

3.1 ѕон€тие времени жизниЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕ...8

3.2 ‘отопроводимостьЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕ....9

3.3 ћногозар€дные ловушки в полупроводникахЕЕЕ.Е..11

4. ”становка дл€ измерени€ жизни неравновесных носителей зар€да в полупроводникахЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕ.13

†«аключениеЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕ.14

†»спользованные источникиЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕ..15

†ѕриложениеЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕ16

¬ведение.

“ехнологи€ получени€ чистого полупроводникого кремни€ на данный момент отработана достаточно хорошо. Ќаиболее чистые материалы получают путем синтеза кремни€ в газовую фазу (SiCl3), последующую очистку и восстановлени€ чистого кремни€.

ƒанный метод достаточно дорог дл€ солнечной энергетики, так как в солнечных элементах, где основную стоимость составл€ет именно используемый кремний и применение кремни€ восстановленного из газовой фазы приведет к такой цене, что преимущество солнечной (альтернативной) энергетики перед традиционными источниками энергии, будет можно сказать с обратным знаком.

¬ св€зи с этим, р€дом научных и производственных объединений »ркутской области ведутс€ работы по получению более дешевых технологий получени€ солнечного кремни€. “ехнологи€ предусматривает карботермическое восстановление из чистых природных кварцитов, имеющихс€ в ѕрибайкалье, и последующую его очистку путем отмывани€ в различных кислотах и перекристаллизацию при различных технологических параметрах.

¬озникает необходимость исследовани€ дефектности структур, а также одержани€ в нем примесей и св€зи этих параметров с характеристиками технологических процессов.

¬ прошлой курсовой работе нами были поставлены и апробированы на получаемых образцах методики, позвол€ющие получать информацию о типе полупроводника, его электропроводности, о концентрации носителей зар€да и их подвижности. ƒл€ чего использовались две методики измерени€ это: 1.»змерение удельной электропроводности четырехзондовым методом 2.»змерение Ёƒ— ’олла. ѕолученные нами данные хорошо согласовались с табличными данными, что говорило о хорошей применимости данных методов контрол€ дл€ предъ€вл€емых требований. ѕрошлогодние результаты говорили о следующих особенност€х первых полученных образцов: низка€ подвижность меньше на два пор€дка табличных данных, что приводило к выводу о высоком содержании электронейтральной примесей.

†»нститутом √еохимии —ќ –јЌ проводились работы по совершенствованию методик получени€ чистого кремни€, было использовано другое сырье, которое синтезировалось в других услови€х, очистка кремни€ методом рафинировани€ ; что позитивно отразилось на данных полученных нами. “ак же ими получены данные химического анализа исследуемых нами образцов.

«адача насто€щей курсовой работы, заключалась в дальнейшем исследовании зависимости электрофизических параметров кремни€ полученного методом карботермического восстановлени€ и разработка методики, позвол€ющей получать данные о кинетических процессах происход€щих в исследуемом кремнии.†††

1. “ехнологи€ получени€ столбчатого мультикремни€ из кремни€ полученного методом карботермического восстановлени€.

¬ этом году институтом √еохимии —ќ –јЌ проводились работы по совершенствованию методик очистки кремни€. Ѕыло использовано:

1)ƒругое сырье, синтезировалось в других услови€х (»рказ), где установлена специализированна€ печь дл€ получени€ поликристаллического кремни€. 2)»нститут примен€л метод рафинировани€ (двойна€ перекристаллизаци€ методом —токбаргера).

3)ѕолучены данные химического анализа как дл€ сырь€, так и дл€ полученных образцов, что позвол€ет говорить о степени очистки и судить о примес€х которые определ€ют происход€щие процессы и механизмы рассе€ни€ в полупроводнике.†

4) Ќеобходимое дробление материла можно осуществл€ть разными методами, но неизбежно одно, что при использовании, скажем стального молотка, в образце растет концентраци€ Fe. ¬ св€зи с этим, дл€ дроблени€ был использован молибденова€ насадка дл€ пресса, молибдена мало в исходном материале, то есть его по€вление можно обосновать используемой в технологическом процессе насадкой.

5) ќчистка кремни€ методом вакуумной сублимации. ¬ атмосфере 10-3 “ор осуществл€етс€ нагрев в ростовой печи происходит испарение примесей t плав. которых меньше t плав. кремни€. @ 1450[¬.¬.U1] ∞—. ƒальше довод€т температуру в печи до температуры плавлени€ и выдерживают некоторое врем€ дл€ испарени€ более тугоплавких примесей.† «атем температуру поднимают на отметку 50-70∞— выше температуры плавлени€ дл€ испарени€ еще более тугоплавких примесей и выдерживают в этом режиме некоторое врем€. —корость роста при этом лежит около 0.8 см/час.


††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††† –ис.1

ѕосле роста, получаем кремний, который имеет области монокристалличности схематично изображенные на рис.1. Ёто так называемый, столбчатый мультикремний.

2. Ёлектрофизические параметры и зависимость их от технологий производства.

Ёлектрофизические параметры образцов приведены в таблице 1.

N

“ип

провод.

r

ќм× см

s

ќм-1 × см-1

R

см3

к

n

см-3

m

см3

в× с

d

см

7-1

N

0.145

6.850

58.140

1.17*1017

355.04

0.20

7-2

N

0.077

13.04

50.250

1.24*1017

655.26

0.19

8-1

N

5.260

0.190

566.60

1.10*1016

107.65

0.20

8-2

N

1.205

0.830

27.320

2.28*1017

22.680

0.20

9-1

N

0.470

2.320

25.600

2.44*1017

59.400

0.18

9-2

N

1.588

0.630

26.325

2.37*1017

16.580

0.28

10-1

N

1.240

0.800

13.050

4.79*1017

10.450

0.17

10-2

N

0.670

1.490

31.410

1.99*1017

46.700

0.20

10-3

P

1.920

0.520

17.360

3.60*1017

10.450

0.17

11-1

P

1.390

0.735

31.000

2.00*1017

22.300

0.30

11-2

P

0.670

1.500

22.300

2.80*1017

33.800

0.29

13-1*

P

0.274

3.650

13.890

4.50*1017

51.000

0.20

13-2*

P

0.255

3.920

25.000

2.50*1017

98.000

0.17

14-1

P

0.192

5.200

9.8750

6.30*1017

51.350

0.14

14-2

P

0.165

6.060

6.3900

9.78*1017

38.720

0.16

15-1

P

0.181

5.525

4.5400

1.38*1018

25.080

0.15

15-2

P

0.260

3.846

4.6800

1.34*1018

18.000

0.12

16-1*

P

0.094

10.70

6.2000

1.00*1018

66.340

0.26

16-2*

P

0.104

9.590

7.4500

8.39*1017

71.440

0.24

21-1*

P

0.094

10.64

8.4700

7.38*1017

90.100

0.20

21-2*

P

0.089

11.24

8.8100

7.10*1017

99.000

0.20

21-4*

P

0.093

10.72

8.1300

7.69*1017

87.200

0.20

†“аблица 1††††††††††††††††††††††††††††††††† *-образец перекристаллизован два раза

јнализ результатов позвол€ет сделать некоторые выводы о зависимости от параметров:

1)        ¬ образцах, которые были перекристаллизованы два раза ощутимо меньше удельна€ электропроводность r, по сравнению с предыдущими образцами.

2) ” этих образцов выше подвижность, что позвол€ет говорить о меньшем количестве примесей; о более глубокой очистке при данном методе.

¬ данных химического анализа [1], можно видеть:

1)     —одержание всех элементов, кроме бора и фосфора, в сырье выше, чем в образцах очищенных кристаллизацией.

2)     Ѕор и фосфор не измен€ют свой концентрации при росте кристалла из сырь€, и эта концентраци€ составл€ет приблизительно 1017 см-3, этот пор€док совпадает с пор€дком величины концентрации носителей зар€да в образцах. Ёто позвол€ет сделать вывод, что тип полупроводника и концентрацию носителей зар€да в нашем случае определ€ет именно бор и фосфора.

3. ƒиффузионна€ длина, фотопроводимость,

††† врем€ жизни.

ƒл€ полного исследовани€ образцов кремни€ на предмет применимости† их в качестве солнечных элементов, недостаточно всех вышеупом€нутых методов, позвол€ющих контролировать основные электрофизические параметры. Ќеобходимо представл€ть кинетику происход€щих в полупроводнике процессов. ќсновой кинетической характеристикой (7) полупроводниковых материалов €вл€етс€ диффузионна€ длина пробега: длина L на которой dp или dn уменьшатьс€ в e раз в отсутствии внешнего пол€. ѕр€мым методом это измерить в нашем случае затруднительно из-за большого количества примесей. ѕоэтому наша задача измерить врем€ жизни неравновесных носителей зар€да t.

3.1† ѕон€тие времени жизни неравновесных носителей зар€да.

¬ полупроводнике (5,7)† под вли€нием внешнего воздействи€ концентрации электронов и дырок могут измен€тьс€ на много пор€дков. ѕри термодинамическом равновесии действует принцип детального равновеси€, который говорит:

†††††††††††††††††††† J12=J21†††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††† (1.1)

ѕри внешних воздействи€х этот принцип нарушаетс€ и по€вл€етс€ компонента J12Т. ѕри этом в зонах по€вл€ютс€ неравновесные носители зар€да с концентраци€ми:

††††††††††††††††††† dn=n-n0†††† dp=p-p0††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††† (1.2)

≈сли в полупроводнике нет электрического тока, то изменение концентрации электронов и дырок, при внешнем воздействии, выгл€дит так:

††††††††††††††††††† ddn/dt = Gn-Rn†††† ddp/dt = Gp-Rp††††††††††††††††††† (1.3)

†††††††††††††††††† Gn ,† Gp Ц означает темп генерации

†††††††††††††††††† Rn ,† Rp Ц соответственно темп рекомбинации

ƒл€ количественного описани€ приводитс€ схема кинетики неравновесных электронных процессов примен€етс€ пон€тие среднего времени жизни неравновесных электронов в зоне проводимости и дырок в валентной зоне:

†††††††††††††††† ††Rn=(n-n0)/tn†††††††††††† Rp=(p-p0)/tp††††††††††††††††††† (1.4)

»наче† говор€, 1/t есть веро€тность исчезновени€ одного избыточного зар€да из одной зоны в единицу времени в следствии рекомбинации

††††††††††††††††††† ddn/dt = Gn-dn/tn††††††††† ddp/dt = Gp-dp/tp†††††† (1.5)

—тационарные концентрации неравновесных носителей зар€да, устанавливающиес€ после длительного воздействи€ внешней генерации, равны

†††††††††††††††††† (dn)s =Gntn†††††††† (dp)s = Gptp†††††††††††††††† (1.6)

¬еличины tn tp завис€т от физических особенностей элементарных актов рекомбинации электронов и дырок. ѕри этом tn и tp , вообще говор€, могут сами зависеть от неравновесных† концентраций dn и dp , а также от температуры. ѕоэтому tn и tp не €вл€ютс€ характеристиками данного полупроводника , но завис€т еще от условий опыта. ≈сли dn=dp, то и времена tn tp равны, и мы имеем единое врем€ жизни электронно-дырочных пар t=tn=tp.

†††

3.2 ѕон€тие фотопроводимости.

† ѕростейший способ создани€ неравновесных носителей зар€да состоит в освещении полупроводника. ¬озникновение неравновесных носителей про€вл€етс€ в изменении электропроводности полупроводника (фотопроводимость). Ёлектронные переходы при оптической генерации могут быть различными. ≈сли энерги€ фотонов hw ³ Eg , те неравновесные электроны и дырки образуютс€ вследствие возбуждени€ электронов из валентной зоны в зону проводимости (собственна€ оптическа€ генераци€, собственна€ фотопроводимость). ќднако при наличии примесей фотопроводимость может возникать и при hw £ Eg . ќптическа€ генераци€ электронов и дырок об€зательно сопровождаетс€ дополнительным поглощением света. —обственное поглощение света, наблюдаетс€ при hw ³ Eg и св€зано с переходами зона-зона и образованием пар. ѕримесное поглощение, св€занное с возбуждением электронов и дырок с примесных уровней в зоны. ѕоглощение в собственной полосе частот обычно на много пор€дков больше поглощени€ в примесной зоне.

† “емп оптической генерации св€зан с коэффициентом поглощени€ света

††††††††††††††††††† G=u(w)g(w)I(x)†††††††††††††††††††††††††††††† ††††††††(2.1)

u(w)-квантовый выход внутреннего фотоэффекта, равный числу носителей зар€да, рождаемых в среднем одним поглощенным фотоном

I(x) - монохроматический световой поток, рассчитанный на единицу поверхности.

† g(w) - коэффициент поглощени€ света.

¬ общем случае g различно в разных точках полупроводника (неоднородна€ генераци€). »зменение проводимости полупроводника обусловлено тем, что при освещении измен€етс€ как концентраци€ электронов и дырок, так и их подвижность. ќднако относительное вли€ние обоих этих причин может быть весьма† различным. ƒействительно, возникающа€ в результате поглощени€ пара электрон-дырка получает некий квазиимпульс и энергию (hw-Eg).ѕусть, дл€ простоты, энерги€ передаетс€ только одному из фотоносителей, скажем электрону (что имеет место при сильном различии масс Mn и Mp). Ёта избыточна€ энерги€ затем растрачиваетс€ вследствие взаимодействи€ фотоэлектрона с решеткой, и через некоторое врем€, пор€дка времени релаксации энергии tе, средн€€ энерги€ фотоэлектрона принимает значение, соответствующее температуре решетки. јналогично, равновесное распределение квазиимпульса фотоэлектронов устанавливаетс€ за врем€ пор€дка времени релаксации импульса tр. ≈сли tе<

†††† ††††ds = e(mpdp+mndn)†††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††† (2.2)

≈сли, напротив tе³“n, то за врем€ своего существовани€ фотоэлектроны не успевают термализоватьс€ и при освещении измен€ютс€ и концентрации фотоносителей, и их подвижности.

††††††††† dds/dt = e(mp+mn)g-ds/tфп.†††††††††††††††††††††††††††† (2.3)

гд円†† tфп=(mpdp+mnsn)/(mpdp/tp+mpdp/tp)††††††††††† (2.4)

»з уравнени€ 2.3 видно, что характерное врем€ tфп есть врем€ релаксации фотопроводимости, которое определ€ет темп установлени€ и затухани€ ds.

¬ стационарном состо€нии фотопроводимость (ds),равна

††††††††††††† (ds)s = e(mp+mn)gtф†††††††††††††††††††††††††††††††† (4.5)

ќтсюда видно, что чем больше tфп, тем больше и (ds)s,т.е. тем выше чувствительность фотопроводника. ќднако при этом будет и больше врем€ затухани€ (установлени€) фотопроводимости, т.е. будет больше инерционность

фотопроводника. — этим противоречием между чувствительностью и быстродействием приходитьс€ считатьс€ при разработке фотосопротивлений дл€ технических целей.

3.3 ћногозар€дные ловушки в полупроводнике.

¬ случае многозар€дных примесных атомов (или дефектов), создающих несколько энергетических уровней, результирующий темп рекомбинации будет равен сумме темпов рекомбинации через каждый из этих уровней (7). ≈сли известны положени€ всех уровней и известны коэффициенты захвата электронов и, соответственно, дырок дл€ каждого уровн€, то можно определить неравновесные степени заполнени€ каждого уровн€ и найти результирующий темп рекомбинации (а, следовательно, и времена жизни электронов и дырок).

—ущественной особенностью рекомбинации через многозар€дные ловушки €вл€етс€ то, что при изменении температуры или равновесной концентрации электронов может происходить изменение зар€дового состо€ни€ ловушек, что равносильно изменению природы центров рекомбинации.†††


†††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††


†††††††††††† –ис.2††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††† –ис.3

”равнени€, описывающие кинетику процесса:

dn/dt= kbI-gn n(M-n)+gnmNcm†††††††††††††††††††††††††††††††††††††††† (3.1)

dm/dt= gn n (M-n)-gnmNcm-gpmp+gpPnm(M-m)†††††††††††† (3.2)

dp/dt= kbI-gpmp+gp(M-m)Pnm††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††† (3.3)

ƒл€ полноты системы уравнений:

Dn+Dm=Dp†††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††† (3.4)

¬ стационарном случае имеем:

dm/dt=0† gn[n(M-m)-mNcm]=gp[mp-(M-m)Pnm]††††††††††††† (3.5)

4. ”становка дл€ измерени€ жизни неравновесных носителей зар€да в полупроводниках.

¬ данной работе описана установка[2] дл€ определени€ времени жизни в низкоомных полупроводниках(5). ƒействие установки основано ни измерении частотной зависимости нестационарной фотопроводимости полупроводникового образца, возбуждаемой и.к. -светодиодами и измер€емый с использованием синхронного детектировани€. ƒействие и.к-излучени€, модулированного пр€моугольными импульсами на полупроводниковый образец приводит к возникновению в нем фотопроводимости. ≈е спад и нарастание будем считать экспоненциальными. Ёффективное врем€ спада фотопроводимости при этом можно считать равным эффективному времени жизни t неравновесных носителей зар€да.


††††††††††††††††††††††††††††††† √рафик 1

«ависимость посто€нного выходного напр€жени€ от частоты входного синусоидального напр€жени€ имеет вид как на графике 1.

U(f) = U0[1-2tf th(2tf)-1††††††††††††††††††††††††††† (4.1)

U(f0) = 0.8U0††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††† (4.2)

t = (10f0)-1 = T0††††††††††††††††††††††††††††††††††††††† ††††††††††††††††††††††††††(4.3)

“аким образом, определив частоту входного сигнала f0, при котором U(f0) = 0.8U0, можно определить врем€ жизни неравновесных носителей. Ќужно отметить, на сложность, котора€ возникла в процессе работы. ¬ св€зи с большой концентрацией примесей и образованием ловушек кинетика спада и нарастани€ фотопроводимости сильно замедлена по сравнению с ожидаемыми данными. ¬ этом направлении автор и планирует работать в следующем году.†

«аключение.

»так, из всего вышесказанного видно:

1)      ћетодики измерени€, поставленные нами в прошлом году и используемые нами в этой курсовой работе, хорошо работают, и те данные, которые получаем по этим методикам, хорошо согласуютс€ со справочными данными по кремнию.

2)       ачество получаемого материала в сравнении с прошлогодними результатами заметно растет по многим важным дл€ применимости этого материала параметрам. „то говорит, о хороших перспективах в направлении совершенствовани€ технологий получени€ чистого солнечного кремни€.

3) ѕредварительное испытание схемы позвол€ющей определ€ть†††††† времена прошли успешно и можно сделать предположени€ о применимости ее в качестве метода контрол€ кинетических процессов происход€щих в кремнии. ¬ следующем году будет продолжена работа по† отладки схемы и отладки ее усилительной части, а также постановки методики измерени€ времени жизни неравновесных носителей зар€да.

»спользованные источники:

1.ј.».Ќепомн€щих. –ост кристаллов.  урс лекции. »√”. 1997.

2.Ћ.ѕ.ѕавлов. ћетоды определени€ основных параметров полупроводниковых материалов.ћосква. Ђ¬ысша€ школаФ. 1975.

3.ѕод редакцией  .¬.Ўалимов. ѕрактикум по полупроводникам и полупроводниковым приборам. ћосква.Ф¬ысша€ школаФ. 1968.

4.ј.—.—тильбанс.‘изика полупроводников. ћосква.Ф—оветское радиоФ. 1967.

†† 5. ѕод редакцией ». . икоина.—правочник.“аблица физических величин. ћосква.ФјтомиздатФ.1976.—.467-505.

† 6. ѕостников ¬.—.,  олокольников Ѕ.ћ.,  апустин ё.ј., ”становка дл€ измерени€ времени жизни неравновесных носителей зар€да в полупроводниках-ѕ“Ё 1988 N2.

† 7. Ѕонч-Ѕруевич ¬.Ћ.,  алашников —.√., ‘изика полупроводников. ћ. "Ќаука" 1990 —. 246-258.†



[1] —м. приложение 1

†–езультаты визуально полуколичественного атомно-эмиссионого анализа образцов Si

†–езультаты масс-спектрометрического анализа P и B 10-4 %

[2] —м. приложение 2 ѕринципиальна€ схема устройства.


PAGE # "'—тр: '#'
'"†  [¬.¬.U1]

ћинистерство общего и высшего образовани€ –оссийской ‘едерации »ркутский √осударственный ”ниверситет ‘изический факультет  афедра электроники твердого тела  урсова€ работа »сследование вза

 

 

 

¬нимание! ѕредставленна€  урсова€ находитс€ в открытом доступе в сети »нтернет, и уже неоднократно сдавалась, возможно, даже в твоем учебном заведении.
—оветуем не рисковать. ”знай, сколько стоит абсолютно уникальна€  урсова€ по твоей теме:

Ќовости образовани€ и науки

«аказать уникальную работу

ѕохожие работы:

ћикроэлектроника и функциональна€ электроника (разработка топологии »ћ—)
–асчет размерной цепи
–азработка гибкого производства по выпуску фазового компаратора
ѕолосно-пропускающий фильтр
—пиральные антенны (расчет)
–асчЄт радиопередатчика с јћ-модул€цией
јнтенный усилитель с подъЄмом ј„’
”силитель приемной антенной решетки
Ўирокополосный усилитель калибровки радиовещательных станций
”силитель корректор

—вои сданные студенческие работы

присылайте нам на e-mail

Client@Stud-Baza.ru