黃君凱教授6.2非本征擴散本征擴散—在擴散溫度下，摻雜濃度n(T)（摻入物質(zhì)濃度與襯底濃度疊加）小于本征載流子濃度時，半導(dǎo)體依然屬于本征型，擴散為本征擴散?！狿型和N型雜質(zhì)相繼擴散或同時擴散可線性疊加并獨立處理?！獢U散系數(shù)與摻雜濃度無關(guān)。非本征擴散—在擴散溫度下，摻雜濃度n(T)（摻入物質(zhì)濃度與襯底濃度疊加）超過本征載流子濃度時，半導(dǎo)體變成了非本征型，擴散為非本征擴散。—P型和N型雜質(zhì)相繼擴散或同時擴散之間相互作用并產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)?！獢U散系數(shù)與摻雜濃度相關(guān)。黃君凱教授圖6-5本征與非本征擴散黃君凱教授6.2.1濃度相關(guān)的擴散系數(shù)（以空位機制下的慢擴散為例）（1）空位密度：單位體積內(nèi)的空位數(shù)目。式中為本征空位密度，和分別是費米能級和本征費米能級?！緦嶒灲Y(jié)論】擴散系數(shù)正比于空位密度?！痉治觥?/p>

■當(dāng)時，，與摻雜濃度無關(guān)，故擴散系數(shù)與摻雜濃度無關(guān)。

■當(dāng)時，（施主型），而與摻雜濃度有關(guān)，故擴散系數(shù)與摻雜濃度相關(guān)。黃君凱教授（2）擴散系數(shù)與擴散濃度的關(guān)系擴散系數(shù)的分布形式

,（6-15）式中和分別是表面濃度和表面處的擴散系數(shù)，是相關(guān)性參數(shù)。將式（6-15）代入擴散方程（6-2），可求得摻雜濃度分布的數(shù)值解。摻雜濃度分布的數(shù)值解分析圖6-6摻雜濃度分布（恒定表面濃度擴散）：增大導(dǎo)致濃度的突變結(jié)分布正常的余誤差函數(shù)分布：濃度出現(xiàn)凹陷狀分布黃君凱教授6.2.2擴散分布（1）硅中的擴散B和As在硅中的擴散：突變結(jié)分布Au和Pt在硅中的擴散：凹陷狀分布P在硅中的擴散：拖尾分布使擴散系數(shù)遠(yuǎn)大于本征擴散系數(shù)。圖6-7磷在硅中的擴散分布高表面濃度時的突變結(jié)分布：雜質(zhì)與空位相互耦合產(chǎn)生離解，形成快擴散拖尾分布（可制造深結(jié)）低表面濃度時的余誤差分布黃君凱教授（2）鋅在GaAs中的擴散：突變結(jié)分布【注意】由于，因此在較低時，擴散仍處于非本征區(qū)。圖6-8鋅在GaAs中的擴散分布結(jié)深線性正比于表面濃度黃君凱教授6.3橫向擴散二維擴散方程：垂直擴散（正常）和橫向擴散（側(cè)面）（1）擴散系數(shù)與濃度無關(guān)時—恒定表面濃度擴散（參見右圖）—恒定雜質(zhì)總量擴散：（2）擴散系數(shù)與濃度相關(guān)時圖6-9橫向擴散影響黃君凱教授第7章離子注入7.1注入離子的種類范圍（離子注入原理）（1）基本概念離子注入利用高能離子束（能量：

）將摻雜劑離子（劑量：）注入半導(dǎo)體（深度：）的雜質(zhì)摻入工藝注入劑量S注入半導(dǎo)體表面1面積內(nèi)的離子數(shù)量射程R離子從進(jìn)入半導(dǎo)體到停止所經(jīng)歷的總行程投影射程Rp射程在入射軸上的投影投射偏差和橫向偏差：在投影射程方向的統(tǒng)計漲落：在入射軸垂直方向上的統(tǒng)計漲落（小于熱擴散中的橫向擴散）黃君凱教授（2）基本的離子注入機圖7-1離子注入機離子分離器弧光室黃君凱教授7.1.1離子分布（襯底為多晶硅或非晶硅）（1）沿入射軸分布的注入雜質(zhì)濃度n(x)類似恒定雜質(zhì)總量擴散的濃度高斯分布式（6-13），以

4Dt并令坐標(biāo)平移：，（7-1）（2）沿入射軸垂直方向y分布的注入雜質(zhì)濃度n(y)類似的，有高斯分布：

，（7-2）黃君凱教授圖7-2射程及其投影圖7-3注入離子的二維分布黃君凱教授7.1.2離子中止（注入離子進(jìn)入靶后靜止）（1）核中止機制核中止機制注入離子將能量轉(zhuǎn)移給靶原子核，導(dǎo)致靶格點移位，同時入射離子發(fā)生偏移。原子核中止能力：核中止過程的表征物理量，（7-3）—低能注入離子若質(zhì)量為的入射離子初始能量為，靶核質(zhì)量為，則低能注入粒子的能量損失，與入射離子能量呈線性關(guān)系?！吣茏⑷腚x子高能注入離子來不及與靶原子有效交換能量，注入離子的能量損失隨入射離子能量增大而減小，導(dǎo)致變小。黃君凱教授（2）電子中止機制電子中止機制注入離子將能量轉(zhuǎn)移給靶原子的核外電子，導(dǎo)致核外電子被激發(fā)或電離，入射離子幾乎不發(fā)生偏移。電子中止能力：電子中止過程的表征物理量

,（7-4）式中E為入射離子能量，為弱相關(guān)系數(shù)（與原子質(zhì)量和原子序數(shù)相關(guān)）黃君凱教授（3）注入離子的描述物理量平均損耗率：，（7-5）射程：，（7-6）投影射程：，（7-7）投影偏差：

，（7-8）黃君凱教授（4）結(jié)果與分析（注入離子能量范圍）硼離子：電子中止機制消耗能量。砷離子：核中止機制消耗能量。磷離子：當(dāng)時，核中止機制消耗能量；當(dāng)時，電子中止機制消耗能量。圖7-4硅對砷、磷和硼離子的中止能力黃君凱教授射程與能量損失關(guān)系：能量損失越大則射程越小（如As）、和與入射離子能量關(guān)系：隨入射離子能量增大同一入射離子的和關(guān)系：差別不超過20%圖7-5(a)B、P和As在Si中(b)H、Zn和Te在GaAs中黃君凱教授7.1.3離子溝道效應(yīng)（1）離子溝道效應(yīng)當(dāng)注入離子的運動方向與襯底晶向平行時，入射離子幾乎不與晶格原子碰撞而只能靠電子中止，導(dǎo)致射程增大，結(jié)果使摻雜濃度在尾區(qū)偏離高斯分布，出現(xiàn)具有指數(shù)形式分布的溝道效應(yīng)。圖7-6離子溝道效應(yīng)黃君凱教授（2）減小溝道效應(yīng)的方法—非晶表面阻擋層：薄膜非晶層—晶片偏離晶向：晶片傾斜（典型值）—晶片表面設(shè)置破壞層：重離子注入形成預(yù)損區(qū)圖7-7減小溝道效應(yīng)黃君凱教授7.2注入損傷和退火7.2.1注入損傷（晶格移位）（1）注入損傷核中止機制將造成晶體原子移位，