मिश्र धातु सिलिकॉन. अर्धचालकों का डोपिंग. धातुकर्म में मिश्रधातु

सेमीकंडक्टर डोपिंगविद्युत गुणों को जानबूझकर बदलने के उद्देश्य से अशुद्धियाँ या संरचनात्मक दोष पेश करने की प्रक्रिया है।

डोप किए गए अर्धचालकों के विद्युत गुण प्रक्षेपित दाता या स्वीकर्ता अशुद्धियों की प्रकृति और एकाग्रता पर निर्भर करते हैं। अशुद्धियाँ, एक नियम के रूप में, अर्धचालकों में संस्थागत ठोस समाधान बनाती हैं और 1018 - 1020 सेमी-3 के मान तक उच्च घुलनशीलता रखती हैं। इन अशुद्धियों में छोटे वाहक कैप्चर क्रॉस सेक्शन होते हैं, अप्रभावी पुनर्संयोजन केंद्र होते हैं, और चार्ज वाहक के जीवनकाल पर वस्तुतः कोई प्रभाव नहीं पड़ता है।

डोपिंग विधियों को दो समूहों में विभाजित किया गया है: या तो सीधे एकल क्रिस्टल और एपिटैक्सियल संरचनाओं के बढ़ने की प्रक्रिया में, या एकल क्रिस्टल के व्यक्तिगत क्षेत्रों की स्थानीय डोपिंग।

चित्र में. 1.19 सेमीकंडक्टर डोपिंग विधियों का वर्गीकरण दिखाता है। आइए हम इन तरीकों का एक संक्षिप्त विश्लेषण दें।

उच्च तापमान मिश्रधातु

उच्च तापमान प्रसार विधिइसमें यह तथ्य शामिल है कि डोपेंट को सिलिकॉन के एकल क्रिस्टल की सतह के संपर्क में लाया जाता है। एकल क्रिस्टल गर्म हो जाता है, और अशुद्धता परमाणु एकल क्रिस्टल के अंदर घुस जाते हैं, और जाली में सिलिकॉन परमाणुओं की जगह ले लेते हैं।

अर्धचालकों में एक निश्चित प्रकार की चालकता के साथ स्थानीय क्षेत्र बनाने के लिए उच्च तापमान प्रसार विधि सबसे विकसित और व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली प्रक्रियाओं में से एक है।

चावल। 1.19. अर्धचालकों के लिए स्थानीय डोपिंग विधियों का वर्गीकरण

अशुद्धियाँ प्रस्तुत करने के लिए कई तंत्र हैं।

पर प्रतिस्थापन प्रसार(रिक्तियों के साथ प्रसार) गर्म होने पर जाली मजबूत थर्मल कंपन का अनुभव करती है। कुछ परमाणु अपना स्थान छोड़ देते हैं और उनकी जगह दूसरे परमाणु ले लेते हैं। यदि लगभग समान आकार और संयोजकता वाला एक अशुद्धता परमाणु पास में होता है, तो जाली स्थल पर गायब परमाणु को एक अशुद्धता परमाणु द्वारा प्रतिस्थापित किया जा सकता है। अशुद्धता परमाणु सभी दिशाओं में जाली स्थलों के साथ स्टोकेस्टिक रूप से चलते हैं, लेकिन सामान्य तौर पर उनका आंदोलन अशुद्धता एकाग्रता को कम करने की दिशा में निर्देशित होता है। प्रतिस्थापन प्रसार की दर जाली में रिक्तियों के निर्माण की दर पर निर्भर करती है।

पर कार्यान्वयन का प्रसारअशुद्धता परमाणु मूल तत्व के परमाणु को प्रतिस्थापित किए बिना, क्रिस्टल जाली में अंतराल में एक जगह पाता है। उच्च तापमान पर, अशुद्धता परमाणु एक अंतरालीय स्थल से दूसरे स्थान पर जा सकते हैं, और संस्थागत प्रसार की तुलना में अधिक गति से फैल सकते हैं।

बाधाओं और पी-एन जंक्शनों के निर्माण के लिए, अशुद्धता परमाणुओं के प्रसार की प्रक्रिया का उपयोग किया जाता है, जो अर्धचालक के क्रिस्टल जाली में पेश किए जाते हैं और इसके विद्युत गुणों को बदलते हैं।

प्रसार गुणांक का उपयोग करके आइसोट्रोपिक प्रसार की प्रक्रिया का वर्णन किया गया है डीऔर से निर्धारित होता है फ़िक का पहला नियम:

कहाँ जे– विसरित परमाणुओं का प्रवाह घनत्व, एन– परमाणुओं की सांद्रता, एक्स– समन्वय.

यह घटनात्मक नियम 1855 में ए. फिक द्वारा ऊष्मा समीकरण के अनुरूप तैयार किया गया था।

प्रसार गुणांक डीतापमान पर निर्भर करता है टीइस अनुसार:

कहाँ डी 0 एक स्थिर मान है, ε एक परमाणु छलांग के लिए सक्रियण ऊर्जा है, क– बोल्ट्ज़मैन स्थिरांक.

एक आयामी प्रसार के दौरान समय के साथ किसी विसरित पदार्थ की सांद्रता में परिवर्तन किसके द्वारा निर्धारित किया जाता है? फ़िक का दूसरा नियम:

अर्धचालक में डोपेंट को गैसीय, तरल या ठोस स्रोत से पेश किया जा सकता है। इसलिए, किसी बाहरी स्रोत से किसी अशुद्धता को उस माध्यम में लाने की विधि के अनुसार जिसमें अशुद्धियों की सांद्रता में असमानता पैदा करना आवश्यक है, तीन विधियाँ प्रतिष्ठित हैं।

कार्रवाई में एक बंद प्रणाली में प्रसार(बंद ट्यूब विधि), कंडक्टर प्लेटों और अशुद्धता के स्रोतों (विसारक) को एक क्वार्ट्ज एम्प्यूल में लोड किया जाता है, खाली किया जाता है, सील किया जाता है और एक ओवन में रखा जाता है (चित्र 1.20, ए). एकत्रीकरण की किसी भी अवस्था में पदार्थों का उपयोग प्रसारक के रूप में किया जा सकता है। बंद पाइप को पहले गैसीय स्रोत के अपघटन तापमान तक गर्म किया जाता है। मिश्रधातु प्लेटों पर एक स्थानीय प्रसार स्रोत बनता है, जिसका स्थान संबंधित मास्क द्वारा निर्धारित किया जाता है। फिर तापमान बढ़ जाता है, जो अर्धचालक के थोक में डोपेंट के प्रसार के लिए आवश्यक स्थितियां बनाता है। परिणामस्वरूप, एक निश्चित अशुद्धता सांद्रता और एक निश्चित प्रकार की चालकता वाले क्षेत्र बनते हैं। इस विधि के कई नुकसान हैं:

- डोप किए गए क्षेत्रों के विद्युत पैरामीटर पृथक कार्यशील मात्रा में वातावरण की संरचना पर महत्वपूर्ण रूप से निर्भर करते हैं;

- दो चरणों वाली ताप उपचार प्रक्रिया से मिश्रधातु बनाने की प्रक्रिया की अवधि बढ़ जाती है;

- एक बंद पाइप तैयार करने में बहुत समय लगता है;

- नमूना प्राप्त करने के साथ-साथ पाइप का विनाश भी होता है;

- कम सतह अशुद्धता सांद्रता पर इलेक्ट्रोफिजिकल मापदंडों की कम प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्यता।

चावल। 1.20. प्रसार विधियों का आरेख: 1 - खुला प्रसार पाइप; 2 - बंद प्रसार पाइप; 3 - प्लेटें; 4 - कनटोप; 5 - वाहक गैस शुरू करने के लिए आउटपुट अंत; 6 - प्रसार भट्ठी; 7 - विसारक के साथ ampoules; 8 - ठोस विसारक; 9 - तरल विसारक

प्रायः इस विधि का उपयोग गहरी मिश्रधातु के प्रयोजन के लिए किया जाता है।

सबसे व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली विधि है एक खुली प्रणाली में प्रसार("खुला पाइप" विधि)। इस मामले में प्रसार ठोस, तरल या गैसीय स्रोतों से किया जा सकता है। सिलिकॉन में प्रसार के दौरान मुख्य विसारक बोरान और फास्फोरस हैं। स्थानीय विविधताओं का निर्माण दो चरणों में किया जाता है। पहले चरण में (ड्राइव स्टेज)प्रसार की तुलना में कम तापमान पर सतह पर आवश्यक स्थानों पर अशुद्धता की एक पतली प्रसार परत बनाई जाती है। दूसरे चरण में (त्वरण चरण)प्लेटों को विसारकों से मुक्त वातावरण में गर्म किया जाता है। इस मामले में, अशुद्धियों का प्रसार पुनर्वितरण होता है, जिससे प्लेट की मात्रा में एक स्थानीय क्षेत्र का निर्माण होता है।

इस विधि में दो-चरणीय प्रसार के दो मुख्य लाभ हैं। सबसे पहले, प्रक्रिया को दो चरणों में विभाजित करने से प्रक्रिया अधिक नियंत्रणीय हो जाती है, परिणामों की पुनरुत्पादन क्षमता बढ़ जाती है और नियंत्रण सरल हो जाता है। दूसरे, ड्राइविंग चरण की कम तापमान वाली प्रक्रिया भविष्य की स्थैतिक विषमताओं को छिपाना आसान बनाती है। त्वरण चरण विसरित वाष्प की अनुपस्थिति में होता है।

उच्च तापमान प्रसारठोस तलीय डोपेंट स्रोतों का उपयोग संभव है। ठोस स्रोतों का उपयोग करने के कई तरीके हैं। सबसे आकर्षक है डोप्ड सेमीकंडक्टर वेफर्स के बीच समानांतर में अशुद्धता स्रोत का स्थान। प्लेटों और डिफ्यूज़र के बीच की दूरी संबंध द्वारा निर्धारित की जाती है

कहाँ डी- गैसीय माध्यम में अशुद्धियों के प्रसार का गुणांक, टी-प्लेट प्रसंस्करण समय. आमतौर पर मूल्य एल(डिफ्यूज़ेंट प्लेट) को सेमीकंडक्टर वेफर्स के आकार के करीब चुना जाता है, और सामग्री बोरॉन ऑक्साइड (बी2ओ3), बोरॉन नाइट्राइड (बीएन), एल्यूमीनियम फॉस्फेट (एएल2ओ3 3पी2ओ5) का उपयोग करके एक ग्लास-सिरेमिक संरचना है।

ठोस तलीय स्रोतों के उपयोग से डोपिंग की एकरूपता में सुधार, उपयुक्त संरचनाओं की उपज का प्रतिशत बढ़ाना, प्रसार भट्टी की कार्यशील मात्रा का तर्कसंगत रूप से उपयोग करना, विषाक्त प्रतिक्रिया उत्पादों को खत्म करना आदि संभव हो जाता है।

ठोस चरण से उच्च तापमान प्रसार की विधि भी उच्च तापमान उपचार की अवधि को 2-4 गुना कम करना, दाता और स्वीकर्ता अशुद्धियों को एक साथ पेश करना और डोपिंग ऑपरेशन की श्रम तीव्रता को 2-3 तक कम करना संभव बनाती है। कई बार संरचनाओं के विद्युत मापदंडों में सुधार करते हुए।

दी गई प्रारंभिक और सीमा स्थितियों के लिए फ़िक के दूसरे नियम का समाधान इस प्रकार है:

कहाँ एन(एक्स, टी) - दूरी पर अशुद्धियों की सांद्रता एक्ससतह से एन- अशुद्धियों की सतह सांद्रता, टी– प्रसार समय.

ट्रांजिस्टर क्षेत्रों का निर्माण प्रसार प्रक्रिया की एकाग्रता और समय मापदंडों को निर्धारित करके होता है।

चित्र में. 1.21 परिकलित वक्र दिखाता है (ए)और परिणामी अशुद्धता वितरण प्रोफ़ाइल (बी)द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर के क्षेत्रों में.

चावल। 1.21. उच्च तापमान प्रसार द्वारा ट्रांजिस्टर द्विध्रुवी संरचना क्षेत्रों का निर्माण

उच्च तापमान प्रसार विधियों के विश्लेषण को सारांशित करते हुए, हम ध्यान देते हैं कि ये तकनीकी प्रक्रियाएं अर्धचालक सातत्य मीडिया में अशुद्धियों की व्यापक सांद्रता और गहराई वाले क्षेत्रों के रूप में स्थानीय असमानताओं के निर्माण को सुनिश्चित करती हैं।

साथ ही, उच्च तापमान प्रसार विधियों के कई नुकसान हैं: - आइसोट्रॉपी, जो सिलिकॉन वेफर में गठित अमानवीयता के आकार में सीमा की ओर ले जाती है;

- उच्च तापमान पर प्लेटों के प्रसंस्करण के कारण विद्युत विशेषताओं में परिवर्तन, साथ ही सातत्य माध्यम में अव्यवस्था और यांत्रिक तनाव की उत्पत्ति;

- उच्च प्रसार गुणांक और अच्छी घुलनशीलता के साथ 900 - 1250 डिग्री सेल्सियस तापमान सीमा में विसारकों का एक सीमित सेट;

- पाइप के माध्यम से प्रवेश करने वाले पर्यावरण से वाहक गैसों या गैसों के प्रवाह के कारण संरचना के निर्माण के दौरान सक्रिय क्षेत्र में प्रयुक्त अशुद्धियों की उपस्थिति;

- पतली डोप्ड परतें और दुर्लभ पी-एन जंक्शन प्राप्त करने में कठिनाई।

यह सब उच्च तापमान प्रसार विधियों की प्रभावशीलता को कम करता है और संपूर्ण तकनीकी प्रक्रिया के अत्यधिक कुशल स्वचालन और एकीकरण को जटिल बनाता है। इसलिए, दी गई चालकता और एकाग्रता के क्षेत्र बनाने के लिए प्रौद्योगिकी के क्षेत्र में अनुसंधान कार्य का उद्देश्य प्रक्रियाओं की दक्षता और अन्य डोपिंग विधियों के साथ इन प्रक्रियाओं के तर्कसंगत संयोजन को बढ़ाना है।

आयन आरोपण

आयन आरोपण(आयन आरोपण, आयन डोपिंग) त्वरित आयनों के साथ इसकी सतह पर बमबारी करके किसी ठोस में अशुद्धता परमाणुओं को पेश करने की प्रक्रिया है।

व्यवहार में, आयन प्रत्यारोपण विधि में स्थानीय असमानताओं और पी-एन जंक्शनों को बनाने के लिए 10 केवी से 1 एमईवी तक की ऊर्जा वाले त्वरित आयनों के बीम के साथ ठोस पदार्थों पर बमबारी करना शामिल है। त्वरित आयन क्रिस्टल जाली में प्रवेश करते हैं, परमाणुओं के सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए नाभिक के प्रतिकारक विरोध पर काबू पाते हैं। हल्के पदार्थों के आयन भारी पदार्थों के आयनों की तुलना में अधिक गहराई तक प्रवेश करते हैं, लेकिन बाद वाले का प्रक्षेप पथ अधिक सीधा होता है।

किसी माध्यम में आयनों के प्रवेश की गहराई को रेंज की अवधारणा द्वारा दर्शाया जाता है। औसत सामान्य माइलेज एक्सआयन के प्रारंभिक वेग की दिशा पर औसत कुल पथ के प्रक्षेपवक्र का प्रतिनिधित्व करता है। क्रिस्टलोग्राफिक अक्ष के साथ आयन किरण की घटना की दिशा के सटीक अभिविन्यास के साथ, कायलेशनक्रिस्टल में आयन. इस मामले में, आयन रेंज गैर-उन्मुख विकिरण की तुलना में काफी अधिक है। आयन जाली में विकार क्षेत्र पैदा कर सकता है, जिसका आकार 3 - 10 एनएम हो सकता है। ऐसा तब होता है जब आयन द्वारा जाली में एक परमाणु में स्थानांतरित की गई ऊर्जा ठोस में परमाणुओं की बंधन ऊर्जा से अधिक हो जाती है। अव्यवस्थित क्षेत्र या विकिरण दोष विकिरण के दौरान जमा हो जाते हैं, और जब उनकी संख्या एक महत्वपूर्ण मूल्य से अधिक हो जाती है, तो क्रिस्टलीय संरचना का एक अनाकार परत में स्थानीय संक्रमण होता है। अधिकांश अन्तराकाशी आयन अन्तराकाशी में स्थित होते हैं और विद्युत रूप से सक्रिय नहीं होते हैं। क्रिस्टल संरचना को बहाल करने के लिए, विकिरणित माध्यम को ख़त्म कर दिया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप विकिरण दोषों का क्षय होता है। उसी समय, अशुद्धता आयन खाली स्थानों पर कब्जा कर लेते हैं और उन्हें पेश किया जाता है, जिससे एक निश्चित अशुद्धता एकाग्रता या पी-एन जंक्शन वाले क्षेत्र बनते हैं। आयन इम्प्लांटेशन के लिए इंस्टॉलेशन का डिज़ाइन चित्र में दिखाया गया है। 1.22.

चावल। 1.22. आयन प्रत्यारोपण स्थापना आरेख: 1 – आयन स्रोत; 2 - इलेक्ट्रोड खींचना; 3 - चैनल; 4 - चुंबकीय विभाजक; 5 - फोकस और स्कैनिंग प्रणाली; 6 - स्पंज; 7 - त्वरित ट्यूब; 8 - उच्च वोल्टेज स्रोत; 9 - प्राप्त कक्ष; 10 - ड्रम; 11 - रिसाव वाला सिलेंडर

आयनों का स्रोत एक गैस-डिस्चार्ज कक्ष है, जिसमें प्रत्यारोपित पदार्थ के अणुओं और परमाणुओं को इलेक्ट्रॉन बमबारी का उपयोग करके आयनित किया जाता है। अतिरिक्त आयनीकरण एक चुंबकीय विभाजक का उपयोग करके किया जाता है। आमतौर पर दो या दो से अधिक डोपेंट आयन स्रोतों का उपयोग पी- और एन-प्रकार के क्षेत्रों का उत्पादन करने के लिए किया जाता है। उदाहरण के लिए, रिसाव वाले सिलेंडर से आने वाले बोरॉन ट्राइफ्लोराइड (बीएफ3) का उपयोग स्वीकर्ता अशुद्धता के स्रोत के रूप में किया जाता है। लाल फास्फोरस के साथ हीटर में उत्पन्न फास्फोरस वाष्प का उपयोग अक्सर दाता अशुद्धता के रूप में किया जाता है। उच्च वोल्टेज स्रोत से जुड़े निष्कर्षण इलेक्ट्रोड का उपयोग करके आयनों का अनुकरण किया जाता है। चुंबकीय विभाजक और फ़ोकसिंग और स्कैनिंग सिस्टम का उपयोग करके चैनल में आयन किरण बनाई जाती है। एक चुंबकीय विभाजक से गुजरने के बाद, जिसमें आयनों को द्रव्यमान द्वारा चुना जाता है, वे फोकसिंग सिस्टम में प्रवेश करते हैं।

गठित आयन किरण एक ऊर्ध्वाधर तल में स्थित सतह को स्कैन करती है। चैनल में शटर को किसी दी गई विकिरण खुराक तक पहुंचने पर आयन बीम को अवरुद्ध करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। उच्च वोल्टेज स्रोत (~200 केवी) के साथ एक त्वरण ट्यूब को आयनों को वांछित ऊर्जा तक त्वरित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। विकिरणित सामग्री को प्राप्त कक्ष में स्थित एक ड्रम-प्रकार के कैसेट में रखा जाता है, जिसे 10-3 Pa के स्तर तक खाली कर दिया जाता है।

डोपिंग की एकरूपता संरचनात्मक रूप से ड्रम को घुमाने और एक निश्चित विकिरण समय पर आयन बीम को स्कैन करके सुनिश्चित की जाती है टी(सी), संबंध से निर्धारित होता है

जहां α विकिरणित ड्रम परिधि का सेक्टर कोण है; क्यू- विकिरण खुराक, सी/एम2; जे- बीम में आयन धारा घनत्व, ए/एम2।

विकिरण खुराक एक इकाई सतह में एम्बेडेड कणों की संख्या निर्धारित करती है:

कहाँ क्यू– एक आयन का प्रभार, पी– आयनीकरण बहुलता, इ-इलेक्ट्रॉन चार्ज.

आयन आरोपण विधि की एक विशिष्ट विशेषता सतह पर नहीं, बल्कि माध्यम की गहराई में अधिकतम सांद्रता बनाने की क्षमता है, जो प्रसार प्रक्रियाओं के लिए विशिष्ट थी। ऐसा इसलिए होता है क्योंकि जैसे-जैसे आयन ऊर्जा बढ़ती है, अधिकतम सांद्रता अर्धचालक में गहराई में स्थित होती है। सतह की सघनता कम हो जाती है। जैसे-जैसे आयन ऊर्जा 2.5 MeV तक बढ़ती है, प्रवेश की गहराई बढ़ती है। इस मामले में, अशुद्धता सांद्रता की एक व्युत्क्रम परत माध्यम में गहराई से बनती है, जिससे पी-एन और एन-पी जंक्शन बनते हैं (चित्र 1.23)।

चावल। 1.23. छोटे आयनों के प्रवेश पर पी-एन जंक्शनों का निर्माण ( ए) और बड़ा ( बी) ऊर्जा

बीम चैनलिंग मोड में, अवांछनीय, खराब नियंत्रित प्रभाव उत्पन्न होते हैं। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि पूर्ण डोपिंग के साथ, डोप की गई परत में मुक्त आवेश वाहकों की सांद्रता एम्बेडेड अशुद्धियों की सांद्रता से कम होती है। ऐसा आयनों के अंतरालीय स्थितियों में प्रवेश के कारण होता है जहां वे विद्युत रूप से निष्क्रिय होते हैं। अशुद्धियों के उपयोग का गुणांक, उदाहरण के लिए, एक स्वीकर्ता अशुद्धता के लिए है

कहाँ वगैरह- उलटी परत में छिद्रों की सघनता; एनडी- मूल सिलिकॉन में दाताओं की एकाग्रता; एन.ए.- प्रविष्ट स्वीकर्ता अशुद्धता परमाणुओं की औसत सांद्रता। दाता अशुद्धता की शुरूआत के लिए उपयोग गुणांक इसी प्रकार प्राप्त किया जाता है।

अर्धचालक के विद्युत गुण प्रत्यारोपित आयनों की संख्या और विकिरण दोषों की संख्या दोनों पर निर्भर करते हैं।

व्यवहार में, ट्रांजिस्टर संरचनाएं बनाते समय, अशुद्धियों को पेश करने के दोनों तरीकों का उपयोग किया जाता है: उच्च तापमान प्रसार और आयन आरोपण। तकनीकी प्रक्रिया में, अशुद्धता ड्राइविंग चरण में, आयन आरोपण का उपयोग किया जाता है, और बाद में, प्रसार आसवन का उपयोग किया जाता है। यह बहुत ही आशाजनक तकनीक तरीकों के फायदों को जोड़ती है: आयन आरोपण की खुराक की सटीकता और प्रसार प्रक्रिया की विशेषता वाले संक्रमण के गहरे स्तर।

आयन डोपिंग की प्रक्रिया में, एनीलिंग ऑपरेशन महत्वपूर्ण है, जिसके दौरान विकिरण दोष समाप्त हो जाते हैं और अंतरालीय परमाणु सक्रिय हो जाते हैं। एनीलिंग मोड विकिरण खुराक पर निर्भर करता है। छोटी खुराक के लिए एनीलिंग तापमान होता है टोट्ज़£260 डिग्री सेल्सियस, बड़े लोगों के लिए - टोट्ज़³570 °С. ध्यान दें कि अवधारणाओं के बीच की सीमा annealingऔर प्रसार 1000 डिग्री सेल्सियस के करीब स्थित है। तापमान पर< 1000 °С процессами диффузии можно пренебречь.

माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों और उपकरणों में स्थैतिक असमानताएं बनाने के लिए उपयोग की जाने वाली आयन प्रत्यारोपण विधि के कई फायदे हैं:

- अशुद्धियों के परिचय की गैर-थर्मल प्रकृति मिश्रधातु अशुद्धियों का एक बड़ा चयन प्रदान करती है;

- तकनीकी प्रक्रिया में शुरू की गई अशुद्धता की शुद्धता;

- शुरू की गई अशुद्धता की सांद्रता की विस्तृत श्रृंखला;

- प्रविष्ट अशुद्धता की खुराक का प्रभावी नियंत्रण, जो परिणामों की उच्च प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्यता प्राप्त करने की अनुमति देता है;

- मिश्रधातु की उच्च एकरूपता;

- आयन ऊर्जा का चयन करके एक सातत्य माध्यम की मात्रा में चालकता अमानवीयता पैदा करने की संभावना;

- सबमाइक्रोन आकारों की असमानताएं पैदा करने की संभावना;

- प्रसार विधि की तुलना में उत्पादन प्रक्रिया की अवधि में कमी;

- तकनीकी प्रक्रिया के स्वचालन की संभावना।

आयन आरोपण विधि के विकास में रुझान भौतिक और तकनीकी सीमाओं को दूर करने के लिए हैं, जिनमें शामिल हैं:

- क्रिस्टल जाली को विकिरण क्षति की घटना, जो अशुद्धियों की खुराक के साथ बढ़ती है;

- 2 माइक्रोन से अधिक की गहराई पर अशुद्धियाँ पैदा करने में कठिनाई;

- तकनीकी उपकरणों के संचालन की जटिलता और इसकी उच्च लागत।

विकिरण-उत्तेजित प्रसार(आरएसडी) एक नई दिशा का प्रतिनिधित्व करता है, जो उच्च तापमान प्रसार और आयन आरोपण का संयोजन है। यह विधि पहले वर्णित दोनों विधियों के कई लाभों को जोड़ती है। एक्सआरडी विधि का सार प्रकाश आयनों के साथ क्रिस्टल पर बमबारी करना है, जिसकी ऊर्जा सब्सट्रेट के परमाणुओं में स्थानांतरित हो जाती है। परिणामस्वरूप, अंतरालीय स्थान में परमाणुओं का विस्थापन देखा जाता है और रिक्तियाँ बनती हैं। कुछ शर्तों के तहत, रिक्तियां क्रिस्टल में स्थानांतरित हो सकती हैं, मुख्य क्रिस्टल के पड़ोसी परमाणुओं या अशुद्धता परमाणुओं के साथ जाली में अपनी स्थिति बदल सकती हैं। प्रक्रिया का यह हिस्सा प्रकृति में प्रसारात्मक है और दोषों की थर्मल पीढ़ी के समान है। आयन बमबारी से किसी भी अशुद्धता का प्रसार गुणांक बढ़ जाता है। आयन बमबारी द्वारा अर्धचालकों में प्रसार को उत्तेजित करते समय, मुख्य भूमिका गैर-संतुलन रिक्तियों और अंतरालीय परमाणुओं द्वारा निभाई जाती है। आयनीकरण और क्षेत्र प्रभाव कोई महत्वपूर्ण भूमिका नहीं निभाते हैं। आरएसडी प्रक्रिया को आमतौर पर फॉर्म के प्रसार समीकरणों द्वारा वर्णित किया जाता है:

कहाँ डी– विकिरण-उत्तेजित प्रसार का गुणांक, वी- इसके छिड़काव के कारण सतह की गति की गति। उपरोक्त समीकरण सुप्रसिद्ध फ़िक समीकरणों से कुछ भिन्न हैं जो उच्च तापमान प्रसार की प्रक्रिया का वर्णन करते हैं।

आरएसडी प्रक्रिया उच्च या निम्न ऊर्जा के विद्युतीय रूप से निष्क्रिय अशुद्धियों (H2, He, N, Ar, आदि) के आयनों द्वारा की जाती है। उच्च-ऊर्जा आयनों (10 - यूओकेईवी) के साथ माध्यम का उपचार, उदाहरण के लिए प्रोटॉन, पहले से गठित संरचनाओं में अशुद्धियों की एकाग्रता और वितरण के प्रकार का लक्षित नियंत्रण प्रदान करता है। अशुद्धता प्रवेश की गहराई प्रोटॉन बमबारी की अवधि, प्रोटॉन ऊर्जा और विकिरण की तीव्रता पर निर्भर करती है।

उच्च तापमान प्रसार और आयन आरोपण के तरीकों के संबंध में एक्सआरडी विधि के फायदों में शामिल हैं:

- प्रसंस्करण के दौरान सब्सट्रेट का अपेक्षाकृत कम तापमान;

- बीम मापदंडों पर दोष उत्पन्न होने की दर की प्रत्यक्ष निर्भरता, न कि सब्सट्रेट तापमान पर;

- प्रसार दिशा का निर्माण अशुद्धता सांद्रता प्रवणता द्वारा नहीं, बल्कि आयन किरण द्वारा निर्मित गड़बड़ी की परत द्वारा होता है;

- डोप्ड परत में मामूली विकिरण क्षति;

- प्रसंस्करण के दौरान पहले से ही जाली नोड्स में पेश की गई अशुद्धता का सक्रियण।

लेजर एनीलिंग

वर्तमान में, माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स में, उनमें स्थानीय असमानताएं और पी-एन जंक्शन बनाने के लिए अर्धचालक सामग्रियों का लेजर विकिरण तेजी से व्यापक हो रहा है।

लेजर प्रसंस्करण के लाभों में शामिल हैं:

- सामग्री के गुणों में स्थानीय परिवर्तन की संभावना;

- लगभग किसी भी तापमान पर स्थानीय जड़ता-मुक्त हीटिंग;

- पारंपरिक एनीलिंग के दौरान अशुद्धता की अधिक सक्रियता;

- एनीलिंग के बाद प्लेट की उच्च गुणवत्ता वाली सतह प्राप्त करना।

डोपिंग प्रक्रिया में, माध्यम के लेजर विकिरण का उपयोग प्रत्यक्ष चयनात्मक डोपिंग और आयन आरोपण के बाद एनीलिंग वेफर्स के साथ-साथ प्रसार, एपिटैक्सियल वृद्धि आदि के लिए किया जाता है।

वर्तमान में आयन आरोपण प्रक्रिया के बाद अर्धचालक सामग्रियों की लेजर एनीलिंग पर विशेष ध्यान दिया जाता है। लेजर विकिरण की विशिष्टता एक कड़ाई से परिभाषित वर्णक्रमीय संरचना के प्रकाश किरण को पहले आयनों से विकिरणित सतह पर केंद्रित करना संभव बनाती है। इस मामले में, केवल एक बहुत पतली परत या उसके चयनित खंडों को आवश्यक तापमान तक थोड़े समय के लिए गर्म किया जाता है।

प्रत्यारोपित संरचनाओं को एनीलिंग करने के लिए दो तंत्र हैं: उच्च-शक्ति स्पंदित विकिरण के साथ एनीलिंग और निरंतर विकिरण के साथ एनीलिंग।

लेजर विकिरण पर ध्यान केंद्रित करके, स्थानीय स्तर पर तापमान बढ़ाना संभव है। इस मामले में, अर्धचालक संरचना के पुन: क्रिस्टलीकरण की प्रक्रियाएं ठोस चरण से एपिटेक्सी के समान होती हैं। और इस मामले में, आरोपण से अप्रभावित अर्धचालक आधार का उपयोग बीज के रूप में किया जाता है, जिस पर समान संरचना और अभिविन्यास की सामग्री उगाई जाती है। इस मामले में, पुनर्क्रिस्टलीकरण दर 0.001 - 0.01 मीटर/सेकेंड है, जो कि विशाल लेजर पल्स के साथ विकिरणित होने पर पुनर्क्रिस्टलीकरण दर से कम परिमाण के तीन क्रम है।

हम विशेष रूप से ध्यान देते हैं कि निरंतर लेजर विकिरण के साथ एनीलिंग के दौरान, अशुद्धता वितरण प्रोफ़ाइल समान रहती है (चित्र 1.24, ए), जबकि एक शक्तिशाली लेजर पल्स के साथ विकिरणित होने पर, अशुद्धता वितरण प्रोफ़ाइल विशाल पल्स की शक्ति पर निर्भर करती है (चित्र 1.24, बी).

चावल। 1.24. लेजर एनीलिंग के दौरान अशुद्धता वितरण प्रोफाइल की प्रकृति: ए- निरंतर कम-शक्ति विकिरण के साथ विकिरण (एनीलिंग से पहले और बाद में); बी- विशाल दालों के साथ विकिरण; 1 - एनीलिंग से पहले; 2 - परिवर्तनीय शक्ति घनत्व के साथ विकिरण द्वारा एनीलिंग डब्ल्यू 1 < डब्ल्यू 2< डब्ल्यू 3

लेजर पुनर्क्रिस्टलीकरण का उपयोग करके, एक अनाकार सब्सट्रेट पर गठित सभी क्रिस्टल के कड़ाई से उन्मुख विकास को सुनिश्चित करना संभव है। इस प्रक्रिया के साथ 1-100 माइक्रोमीटर के दाने के आकार के साथ (100) दिशा में बनावट वाली पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन फिल्म की वृद्धि हो सकती है। अनाकार सब्सट्रेट्स पर फिल्मों के उन्मुख विकास की इस विधि को कहा जाता है ग्राफोएपिटैक्सी।

इस्पात उत्पादों और संरचनाओं की कुछ परिचालन स्थितियों के तहत, सामग्री की सामान्य भौतिक और यांत्रिक विशेषताएं आवश्यकताओं को पूरा नहीं करती हैं। ऐसे मामलों में, स्टील्स को मिश्रित किया जाता है - गलाने के दौरान अन्य रासायनिक तत्वों को मूल संरचना में जोड़ा जाता है (ज्यादातर धातुएं भी, हालांकि जैसा कि नीचे दिखाया जाएगा, अपवाद भी हैं)। परिणामस्वरूप, स्टील मजबूत, कठोर और बाहरी प्रतिकूल कारकों के प्रति अधिक प्रतिरोधी हो जाता है, हालांकि यह अपनी लचीलापन खो देता है, जो ज्यादातर स्थितियों में इसकी कार्यशीलता को ख़राब कर देता है।

मिश्र धातु इस्पात के लिए तकनीकी आवश्यकताओं को GOST 4543 द्वारा विनियमित किया जाता है (पतली शीट वाले रोल्ड स्टील के लिए, GOST 1542 भी लागू होता है)। इसी समय, धातुकर्म उद्यमों की विशिष्टताओं के अनुसार कई जटिल और जटिल मिश्र धातु इस्पात का उत्पादन किया जाता है।

औपचारिक दृष्टिकोण से, संरचनात्मक और साधारण गुणवत्ता दोनों, साधारण स्टील्स में निहित कुछ रासायनिक तत्वों को मिश्रधातु भी कहा जा सकता है। इनमें शामिल हैं, उदाहरण के लिए, तांबा (0.2% तक), सिलिकॉन (0.37% तक), आदि।

किसी भी स्टील के निरंतर साथी हैं फास्फोरस और सल्फर. फिर भी, धातुकर्म विशेषज्ञ विशेषता देते हैंअधिकांश भाग के लिए मिश्रधातु योजक नहीं, बल्कि अशुद्धियों के लिए, हालाँकि कभी-कभी किसी अन्य मिश्रधातु तत्व का प्रतिशत और भी कम हो सकता है।

इसका कारण यह है कि कोई भी अशुद्धता या तो मूल अयस्क (मैंगनीज) की शुद्धता या विशिष्ट धातुकर्म गलाने की प्रक्रियाओं (सल्फर, फास्फोरस) का परिणाम है। सैद्धांतिक रूप से, तांबे, फास्फोरस और सल्फर के बिना गलाए गए स्टील में समान यांत्रिक गुण होंगे। मिश्रधातु का अंतिम लक्ष्य स्टील की कुछ तकनीकी विशेषताओं में सुधार करना है। जिसमें फास्फोरस और सल्फरनिश्चित रूप से हानिकारक लेकिन अपरिहार्य अशुद्धियों से संबंधित हैं. तांबे की उपस्थिति लचीलापन बढ़ाती है, लेकिन धातु की सतह के चिपकने को बढ़ावा देती हैनिकटवर्ती भाग की सतह पर तांबे की अत्यधिक (0.3% से अधिक) सांद्रता होना। जब संरचना तीव्र घर्षण की स्थिति में संचालित होती है, तो यह एक बड़ी कमी है।

1% से अधिक की सांद्रता वाले रासायनिक तत्व की उपस्थिति स्टील ग्रेड में इसके प्रतीक को पेश करने के लिए आधार प्रदान करती है। उपरोक्त 65G स्टील के अलावा, एल्यूमीनियम (विशेष रूप से, O8Yu स्टील में मौजूद) को भी एक समान सम्मान प्राप्त होता है। इस मामले में एल्युमीनियम डाला गया हैपारंपरिक संरचनात्मक इसके डीऑक्सीडेशन के उद्देश्य से O8 स्टील, और तथ्य यह है कि एक ही समय में इसकी प्लास्टिसिटी के संकेतक थोड़ा बढ़ जाते हैं, यह केवल एक भाग्यशाली परिस्थिति है। स्टील की बोरिंग प्रदान करता हैउसे बढ़ा हुआबाद का विरूपताइसलिए, स्टील की रासायनिक संरचना में बोरॉन के माइक्रोएडिटिव्स को भी इसके अंकन को बदलकर तदनुसार चिह्नित किया जाता है (उदाहरण के लिए, 20P स्टील में केवल 0.001...0.005% बोरॉन होता है)।

सामान्यतः यह स्वीकार किया जाता है कि:

• केवल एक तत्व वाले स्टील को जानबूझकर संरचना में पेश किया गया;
• स्टील जिसमें कार्बन और मैंगनीज के अलावा अन्य रासायनिक तत्व 1% से अधिक मात्रा में न हों

- डोप्ड नहीं माने जाते। दूसरी ओर, यदि पिघली हुई मिश्र धातु में लोहे का प्रतिशत 55% से अधिक नहीं है, तो ऐसी सामग्री को अब मिश्र धातु इस्पात नहीं कहा जा सकता है।

स्टील्स में मिश्र धातु तत्वों का सामान्य वर्गीकरण

मिश्र धातु तत्वों की सूची में धातुओं का प्रमुख स्थान है। अपवाद सिलिकॉन और बोरॉन हैं।

मिश्रधातु तत्वों की उपस्थिति लौह-कार्बन प्रणाली के चरण आरेख की उपस्थिति और अंतिम उत्पाद (नाइट्राइड, कार्बाइड और अधिक जटिल घटकों) में रासायनिक यौगिकों की उपस्थिति/अनुपस्थिति पर प्रमुख प्रभाव डालती है। बाद वाला, बदले में, स्टील की सूक्ष्म संरचना को महत्वपूर्ण रूप से संशोधित करता है।

इस संबंध में, स्टील मिश्र धातु धातुओं को दो समूहों में विभाजित किया गया है:

1. धातुएँ जो γ-आयरन आधारित ठोस विलयनों का क्षेत्रफल बढ़ाती हैं(चरण आरेख पर ऑस्टेनिटिक क्षेत्र), जो कठोर गर्मी उपचार के बाद मिश्र धातु इस्पात के अंतिम माइक्रोस्ट्रक्चर की विविधता में वृद्धि की ओर जाता है)। इन तत्वों में निकल, मैंगनीज, कोबाल्ट, तांबा और नाइट्रोजन शामिल हैं।
2. धातु और रासायनिक तत्व, जिनकी उपस्थिति γ क्षेत्र को संकीर्ण करती है, लेकिन स्टील की ताकत बढ़ जाती है। इनमें क्रोमियम और टंगस्टन शामिल हैं। वैनेडियम, मोलिब्डेनम, टाइटेनियम।

मिश्र धातु इस्पात के उत्पादन की प्रक्रिया में, इसके गुणों में निम्नलिखित पैटर्न बदलते हैं।

जैसा कि ज्ञात है, विभिन्न तत्वों की क्रिस्टल संरचनाएं अलग-अलग होती हैं (धातुओं के लिए यह मुख-केंद्रित और शरीर-केंद्रित होती है)। लोहे में स्वयं एक शरीर-केंद्रित जाली होती है।

जब समान प्रकार की जाली वाली धातु को स्टील में डाला जाता है, तो ऑस्टेनिटिक क्षेत्र में इसी कमी के कारण α-समाधान (फेराइट) के अस्तित्व का क्षेत्र बढ़ जाता है। परिणामस्वरूप, माइक्रोस्ट्रक्चर स्थिर हो जाता है, जो बाद के ताप उपचार के लिए तकनीकी प्रक्रियाओं के व्यापक विकल्प की अनुमति देता है।
इसके विपरीत, यदि स्टील में एक अलग प्रकार की जाली वाली धातु होती है, तो ऑस्टेनिटिक क्षेत्र संकीर्ण हो जाता है। ऐसा स्टील बाद की मशीनिंग के दौरान अधिक लचीला होगा।
कुछ धातुओं के साथ स्टील को मिश्रित करना आम तौर पर असंभव है। ऐसा तब होता है जब तत्वों के परमाणु व्यास में अंतर 15% से अधिक हो।

यही कारण है कि जस्ता जैसी धातु को केवल अलौह धातुओं और मिश्र धातुओं में मिश्रधातु योजक के रूप में पेश किया जाता है। वे रासायनिक तत्व जो गलाने के दौरान कार्बन, लौह और नाइट्रोजन के साथ स्थिर रासायनिक यौगिक बनाने में असमर्थ होते हैं, स्टील मिश्र धातु प्रयोजनों के लिए भी सीमित उपयोग के होते हैं।

कुछ रासायनिक तत्वों के साथ इसकी संतृप्ति पर स्टील की विशेषताओं की निर्भरता का अभी तक पूरी तरह से अध्ययन नहीं किया गया है। यह इस तथ्य से समझाया गया है कि जटिल डोपिंग के साथ, प्रत्येक घटक दूसरों के साथ अलग-अलग तरीके से बातचीत कर सकता है, और ऐसे परिवर्तनों को अक्सर स्वाभाविक रूप से समझाया नहीं जा सकता है। इसलिए, एक या दूसरे मिश्र धातु तत्व का उपयोग करने की उपयुक्तता के बारे में प्रश्नों को प्रयोगात्मक रूप से हल किया जाता है।

निम्नलिखित प्रावधानों को सिद्ध माना जाता है:

• मिश्र धातु योज्य और मुख्य लोहे में नाइट्रोजन और कार्बन की बढ़ती घुलनशीलता के साथ प्रक्रिया की दक्षता बढ़ जाती है;
• स्टील के अंतिम गुणों की स्थिरता ऑस्टेनिटिक क्षेत्र के बढ़ते आकार के साथ बढ़ती है;
• लोहे की तुलना में कम क्रमांक वाली धातुओं और तत्वों से मिश्रित स्टील की गुणवत्ता (डी. मेंडेलीव की रासायनिक तत्वों की तालिका में) विपरीत मामले की तुलना में खराब है;
• जो धातुएँ लोहे की तुलना में अधिक दुर्दम्य होती हैं, वे आगे के ताप उपचार के किसी भी प्रकार में स्टील की ताकत बढ़ा देती हैं।

हालाँकि, द्वितीयक अंतःक्रियाएँ, जो दृढ़ता से स्टील गलाने की विधि पर निर्भर करती हैं, इन प्रावधानों को महत्वपूर्ण रूप से ठीक कर सकती हैं। इसलिए, इस स्तर पर हम केवल स्टील के गुणों पर विशिष्ट मिश्र धातु तत्वों के प्रभाव के बारे में विश्वास के साथ बोल सकते हैं।

क्रोमियम का प्रभाव

क्रोमियम एक धातु है जिसका उपयोग विशेष रूप से अक्सर मिश्रधातु के प्रयोजनों के लिए किया जाता है। इसे संरचनात्मक स्टील्स (उदाहरण के लिए, 20Х, 40Х) और टूल स्टील्स (9ХС, Х12М) दोनों में जोड़ा जाता है। इसके अलावा, क्रोमियम-मिश्र धातु स्टील के अंतिम गुण दृढ़ता से इसमें इसकी सामग्री पर निर्भर करते हैं। कम (0.5...0.7% से कम) सांद्रता परइस्पात संरचना बन जाती है इसके बाद के प्रसंस्करण की दिशा के प्रति अधिक कठोर और संवेदनशील, खासकर जब ठंडा लुढ़कना और झुकना। सूक्ष्म संरचना के मुख्य घटकों के वितरण की एकरूपता भी बिगड़ती है।

जैसा कि ऊपर उल्लेखित है, मिश्रधातु का एक मुख्य उद्देश्य स्टील में धातु कार्बाइड का निर्माण है, जिसकी ताकत और कठोरता आधार धातु की तुलना में काफी अधिक है। क्रोमियम दो प्रकार के कार्बाइड बनाता है: हेक्सागोनल सीआर 7 सी 3 और क्यूबिक सीआर 23 सी 6, और दोनों ही मामलों में स्टील की ताकत और ठंड प्रतिरोध बढ़ जाता है। क्रोमियम कार्बाइड की एक विशेष विशेषता उनकी संरचना में अन्य तत्वों - लोहा और वैनेडियम की उपस्थिति है। नतीजतन, प्रभावी विघटन का तापमान कम हो जाता है, जो बदले में, क्रोमियम-मिश्र धातु स्टील्स की कठोरता, माध्यमिक फैलाव सख्त होने की संभावना और गर्मी प्रतिरोध जैसी सकारात्मक विशेषताओं की ओर जाता है। इसलिए, क्रोमियम के साथ मिश्रित स्टील्स ने कठिन परिचालन स्थितियों के तहत परिचालन प्रतिरोध में वृद्धि की है।

हालाँकि, स्टील में क्रोमियम की मात्रा बढ़ने से नकारात्मक परिणाम भी होते हैं।उनके साथ सांद्रता 5...10% से अधिकसामग्री की कार्बाइड एकरूपता तेजी से बिगड़ती है, जो साथ होती है इसके यांत्रिक प्रसंस्करण के दौरान अवांछनीय घटनाएँ: गर्म होने पर भी, स्टील की लचीलापन कम होती है, इसलिए, विरूपण की बड़ी डिग्री के साथ फोर्जिंग करते समय, उच्च-क्रोमियम स्टील्स में दरार पड़ने की आशंका होती है।

अत्यधिक कार्बाइड बनने की स्थिति में तनाव सांद्रकों की संख्या भी बढ़ जाती है, जो ऐसे स्टील्स के गतिशील भार के प्रतिरोध को नकारात्मक रूप से प्रभावित करता है। इसे ध्यान में रखते हुए, सामग्री स्टील्स में क्रोमियम 5..6% से अधिक नहीं होना चाहिए.

टंगस्टन और मोलिब्डेनम का प्रभाव

स्टील्स में इन मिश्रधातु योजकों का प्रभाव लगभग समान होता है, इसलिए इन्हें एक साथ माना जाता है। टंगस्टन और मोलिब्डेनम स्टील्स के फैलाव को सख्त करने में सुधार करते हैं, जिससे उनकी गर्मी प्रतिरोध बढ़ जाती है, खासकर ऊंचे तापमान पर लंबे समय तक संचालन के दौरान। मैरेजिंग स्टील्स में गुणों का एक अनूठा सेट होता है: वे उच्च सतह ताकत के साथ पर्याप्त लचीलापन और क्रूरता को जोड़ते हैं, और इसलिए उपकरण स्टील्स के रूप में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, विरूपण की उच्च डिग्री के साथ कोल्ड डाई फोर्जिंग के लिए अभिप्रेत है। इसका कारण इंटरमेटेलिक यौगिकों Fe 2 W और Fe 2 Mo 3 का निर्माण है, जो बाद में विशेष कार्बाइड (आमतौर पर क्रोमियम और वैनेडियम) की उपस्थिति में योगदान करते हैं। इसलिए, स्टील्स को अक्सर टंगस्टन और मोलिब्डेनम के साथ इन धातुओं के साथ मिश्रित किया जाता है। उदाहरण Kh4V2M1F1 प्रकार के टूल स्टील्स, स्ट्रक्चरल स्टील्स 40KhVMFA आदि हैं।

यह मिश्र धातु अपेक्षाकृत बड़ी मात्रा में कार्बन वाले स्टील्स के लिए सबसे प्रभावी है। यह प्रमुखता की व्याख्या करता है उत्पादन के लिए टंगस्टन और मोलिब्डेनम युक्त स्टील्स का उपयोगजिम्मेदार गियर, शाफ्ट और अन्य भागजटिल, तीव्र चक्रीय भार के तहत काम करने वाली मशीनें। विचाराधीन मिश्र धातु घटकों की उपस्थिति स्टील्स की कठोरता में सुधार करती है और उनसे बने उत्पादों की अधिक स्थिर अंतिम विशेषताओं में योगदान करती है।

वे भी हैं ओवरडोपिंग के नुकसानये धातुएँ. उदाहरण के लिए, वृद्धि मोलिब्डेनम सांद्रता 3% से अधिकगर्म होने पर स्टील के डीकार्बराइजेशन को बढ़ावा देता है, जिससे नाजुक भंग(खासकर यदि ऐसे स्टील में सिलिकॉन की बढ़ी हुई - 2% से अधिक - मात्रा हो)। स्टील में अधिकतम टंगस्टन सामग्री - 10...12% - मुख्य रूप से तैयार उत्पाद की लागत में तेज वृद्धि से जुड़ी है।

वैनेडियम प्रभाव

वैनेडियम का उपयोग अक्सर जटिल मिश्रधातु के एक घटक के रूप में किया जाता है। इसकी उपस्थिति देती हैमिश्र धातु इस्पात अधिक समान और अनुकूल संरचना, जो ताप उपचार से भी थोड़ा बदलता है। इसके अलावा, वैनेडियम γ-चरण को स्थिर करता है, जो स्टील के कतरनी तनाव के प्रतिरोध को बढ़ाता है (जैसा कि ज्ञात है, कतरनी विरूपण के दौरान धातुओं की ताकत सबसे कम होती है)।

वैनेडियम का स्टील की कठोरता पर वस्तुतः कोई प्रभाव नहीं पड़ता है, यह संरचनात्मक स्टील्स के लिए विशेष रूप से ध्यान देने योग्य है, जिसमें टूल स्टील्स की तुलना में कम कार्बन होता है। जटिल मिश्र धातु इस्पात में, वैनेडियम गर्मी प्रतिरोध को बढ़ाता है, जिससे भंगुर फ्रैक्चर के प्रति उनका प्रतिरोध बढ़ जाता है। इस अर्थ में, वैनेडियम का प्रभाव मोलिब्डेनम के विपरीत होता है। वैनेडियम युक्त मिश्र धातु स्टील्स के ताप उपचार की एक विशेषता सख्त होने के बाद उच्च तापमान करने की असंभवता है, क्योंकि इसके बाद स्टील की लचीलापन कम हो जाती है। इसलिए, बड़े भागों या फोर्जिंग के निर्माण के लिए इच्छित स्टील्स में, वैनेडियम का प्रतिशत 3..4% तक सीमित है।

सिलिकॉन, मैंगनीज और कोबाल्ट का प्रभाव

मिश्र धातु प्रक्रियाओं के लिए सिलिकॉन एकमात्र गैर-धातु "अनुमत" है। इसे दो कारकों द्वारा समझाया गया है - तत्व की कम लागत और स्टील में सिलिकॉन के प्रतिशत पर कठोरता की स्पष्ट निर्भरता। यही कारण है कि सिलिकॉन का उपयोग अक्सर सस्ते कम-मिश्र धातु निर्माण स्टील्स के गलाने में किया जाता है, साथ ही ऐसे स्टील्स के लिए जिनके परिचालन स्थायित्व के लिए ताकत और लोच का इष्टतम संयोजन महत्वपूर्ण है। अक्सर, मैंगनीज का उपयोग सिलिकॉन के साथ किया जाता है - उदाहरणों में स्टील 09G2S, 10GS, 60S2, आदि शामिल हैं।

टूल स्टील्स में, सिलिकॉन का उपयोग शायद ही कभी मिश्र धातु घटक के रूप में किया जाता है, और केवल अन्य धातुओं के साथ संयोजन में किया जाता है जो बेअसर करते हैं इसके नकारात्मक गुण कम परिचालन लचीलापन और चिपचिपाहट हैं।इन स्टील्स में से - विशेष रूप से, 9ХС, 6Х3С, आदि। — काटने और मुद्रांकन उपकरण का निर्माण, जिसके लिए उच्च कठोरता और अचानक भार के प्रतिरोध के संयोजन की आवश्यकता होती है।

सिलिकॉन की तरह, कोबाल्टजब इसे स्टील संरचना में पेश किया जाता है, तो यह अपने स्वयं के कार्बाइड नहीं बनाता है, लेकिन जटिल मिश्र धातु स्टील्स में टेम्परिंग के दौरान यह अपने गठन को तेज कर देता है। इसीलिए कोबाल्ट का उपयोग अकेले नहीं किया जाता है, बल्कि वैनेडियम, क्रोमियम, टंगस्टन जैसी धातुओं के साथ संयोजन में किया जाता हैहालाँकि, कोबाल्ट की कमी के कारण, इसकी सामग्री आमतौर पर 2.5...3% से अधिक नहीं होती है।

निकेल का प्रभाव

निकलस्टील का एकमात्र मिश्रधातु घटक है इसकी लचीलापन बढ़ जाती है और कठोरता कम हो जाती है. इसलिए, स्टील्स को अकेले निकल के साथ मिश्रित नहीं किया जाता है. लेकिन मैंगनीज के साथ संयोजन में, निकल स्टील की कठोरता में उल्लेखनीय वृद्धि करता है, जो बड़े मशीन भागों के निर्माण में बहुत महत्वपूर्ण है जिसके लिए उच्च परिचालन स्थायित्व महत्वपूर्ण है। साथ ही, निकल की उपस्थिति गर्मी उपचार की तापमान सीमा के अनुपालन की सटीकता के लिए आवश्यकताओं को कम कर देती है।

निकल के साथ मिश्रधातु में कई विशेषताएं हैं। विशेष रूप से, निकल, अपने स्वयं के कार्बाइड बनाए बिना, अनाज की सीमाओं के साथ "विदेशी" कार्बाइड के संचय में वृद्धि में योगदान देता है, जिसके परिणामस्वरूप गर्मी प्रतिरोध कम हो जाता है और 20...400 0 सी की सीमा में नाजुकता बढ़ जाती है। इसलिए, मिश्र धातु इस्पात में निकल का प्रतिशत सख्ती से मैंगनीज और क्रोमियम की उपस्थिति से जुड़ा हुआ है: यदि वे मौजूद हैं, तो निकल की अधिकतम एकाग्रता 2% है, और यदि वे अनुपस्थित हैं - 0.5...1% से अधिक नहीं .

उपयोग के विशेष क्षेत्रों के लिए मिश्र धातु इस्पात में कई अन्य धातुएँ भी होती हैं (उदाहरण के लिए, टाइटेनियम, एल्यूमीनियम, आदि)। स्टील के प्रकार का चुनाव परिचालन और वित्तीय विचारों से तय होता है।

पेटेंट आरयू 2262773 के मालिक:

उपयोग: ठोस डोपेंट स्रोत का उपयोग करके फास्फोरस के साथ सिलिकॉन को डोपिंग करने के लिए। आविष्कार का सार: सिलिकॉन वेफर को डोपिंग करने की एक विधि में सिलिकॉन वेफर को फॉस्फोरस डोपेंट के ठोस स्रोत के स्थानिक संबंध में पहले तापमान पर वेफर की सतह पर फॉस्फोरस युक्त परत जमा करने के लिए पर्याप्त समय के लिए रखना शामिल है, और बाद में दूसरे तापमान पर, पहले तापमान से कम, नम ऑक्सीजन या पाइरोजेनिक भाप के साथ डोप्ड सिलिकॉन वेफर का ऑक्सीकरण। ऑक्सीकरण चरण के दौरान सिलिकॉन वेफर को ठोस फॉस्फोरस डोपेंट स्रोत से स्थानिक संबंध में रखा जाता है। तापमान का चयन इस प्रकार किया जाता है कि ठोस फास्फोरस डोपेंट स्रोत पहले तापमान पर पी 2 ओ 5 जारी करता है, और दूसरा तापमान पहले तापमान की तुलना में पर्याप्त रूप से कम होता है ताकि ऑक्सीकरण के दौरान ठोस फास्फोरस डोपेंट स्रोत से पी 2 ओ 5 की रिहाई को कम किया जा सके। कदम। आविष्कार का तकनीकी परिणाम फॉस्फोरस डोपेंट के एक ठोस स्रोत का उपयोग करके सिलिकॉन वेफर को डोपिंग करने के लिए एक विधि का विकास है, जिसमें डोप किए गए वेफर को ऑक्सीकरण किया जाता है, जबकि यह ठोस स्रोत के करीब होता है, जबकि परिचालन स्थायित्व को बनाए रखता है। स्रोत, साथ ही फॉस्फोरस-डोप्ड वेफर पर पर्याप्त मोटाई की ऑक्साइड परत प्राप्त करने के लिए एक विधि का विकास। सिलिकॉन वेफर कम तापमान पर और अत्यधिक लंबे ऑक्सीकरण समय के बिना। 5 एन. और 39 वेतन फ़ाइलें, 5 बीमारियाँ, 2 टेबलें।

आविष्कार का स्तर

वर्तमान आविष्कार आम तौर पर फॉस्फोरस के साथ एक सिलिकॉन वेफर को डोपिंग करने और फिर डोप्ड सिलिकॉन वेफर पर ऑक्साइड को बढ़ाने के तरीकों से संबंधित है। अधिक विशेष रूप से, वर्तमान आविष्कार एक ठोस डोपेंट स्रोत का उपयोग करके फॉस्फोरस के साथ एक सिलिकॉन वेफर को डोपिंग करने की एक विधि से संबंधित है, और फिर एक पायरोजेनिक वाष्प या आर्द्र ऑक्सीजन वातावरण में डोप्ड सिलिकॉन वेफर की सतह पर एक ऑक्साइड परत विकसित करना डोप की गई सतह के सीटू ऑक्सीकरण को प्रभावित करने के लिए ठोस फास्फोरस स्रोत। सिलिकॉन जैसा कि यहां प्रयोग किया गया है, शब्द "इन सीटू ऑक्सीकरण" का अर्थ डोपेंट के ठोस स्रोतों की उपस्थिति में डोप्ड सिलिकॉन का ऑक्सीकरण है।

सिलिकॉन वेफर्स को डोपिंग करने की कई सामान्य विधियाँ हैं। इन तरीकों में से एक में, सिलिकॉन वेफर को पहले फॉस्फोरस ऑक्सीक्लोराइड (पीओसीएल 3) या फॉस्फीन (पीएच 3) का उपयोग करके उच्च तापमान पर, आमतौर पर लगभग 950 से 1150 डिग्री सेल्सियस की सीमा में डोप किया जाता है। गैसीय POCl 3 या PH 3 को कुछ ऑक्सीजन युक्त नाइट्रोजन की मदद से प्रसार ट्यूब में डाला जाता है। इससे सिलिकॉन की सतह पर फॉस्फोरस ऑक्साइड का जमाव हो जाता है। फॉस्फोरस ऑक्साइड फिर सिलिकॉन सतह के साथ प्रतिक्रिया करके मौलिक फॉस्फोरस बनाता है, जो बदले में सिलिकॉन वेफर के भीतर एक नियंत्रित गहराई तक फैल जाता है। जमाव के तुरंत बाद, डोप्ड सिलिकॉन वेफर का भाप ऑक्सीकरण होता है, आमतौर पर जमाव तापमान के आसपास के तापमान पर, वांछित ऑक्साइड विकसित करने के लिए लगभग 30-60 मिनट तक। आमतौर पर, सिलिकॉन वेफर के भीतर विसरित फास्फोरस की सांद्रता और गहराई संपूर्ण जमाव प्रक्रिया के समय और तापमान के समानुपाती होती है। भाप ऑक्सीकरण प्रक्रिया के दौरान सिलिकॉन वेफर की सतह पर बनने वाली ऑक्साइड परत की मोटाई भाप में समय और तापमान के समानुपाती होती है।

पीओसीएल 3 या पीएच 3 के उपयोग से जुड़ी कई कठिनाइयां हैं। इनमें बड़े व्यास वाले सिलिकॉन वेफर्स की डोपिंग में असमानता (क्योंकि डोपेंट गैस सिलिकॉन वेफर्स के बीच आसानी से नहीं गुजर सकती), प्रसार ट्यूब में कणों का निर्माण जो सिलिकॉन, विषाक्त और संक्षारक गैसों को नुकसान पहुंचाते हैं, और अन्य परिचालन कठिनाइयां शामिल हैं।

ठोस डोपेंट स्रोत जो गर्म होने पर फॉस्फोरस पेंटोक्साइड (पी 2 ओ 5) छोड़ते हैं, जैसे कि यूएस पैट नंबर 3,998,668 (फ्लोरेंस एट अल) में वर्णित हैं, गैसीय डोपेंट सामग्री से जुड़ी कुछ समस्याओं को दूर करने के लिए विकसित किए गए हैं। जमाव चरण के दौरान सिलिकॉन वेफर्स पर पी 2 ओ 5 जमा हो जाता है। यूएस पैट नंबर 4,175,988 और 4,141,738 (रैप), जिनकी सामग्री यहां संदर्भ द्वारा शामिल की गई है, ठोस डोपेंट स्रोतों के उदाहरण और सिलिकॉन वेफर को डोप करने के लिए ठोस डोपेंट स्रोतों का उपयोग करने के तरीके प्रदान करते हैं।

ठोस डोपेंट स्रोतों का उपयोग करके सिलिकॉन वेफर्स को डोपिंग करने की एक विधि में लगभग 1050 डिग्री सेल्सियस पर सिलिकॉन वेफर को डोपिंग करना शामिल है, इसके बाद लगभग उसी तापमान पर शुष्क ऑक्सीजन के साथ सीटू ऑक्सीकरण होता है। जमाव चरण के दौरान, सिलिकॉन वेफर्स को रखा जाता है ताकि उनकी सतहें समानांतर हों और आसन्न ठोस डोपेंट स्रोतों की सतहों के करीब हों, जैसे कि ठोस डोपेंट स्रोत कैसेट में। ठोस डोपेंट स्रोतों और सिलिकॉन वेफर्स को एक प्रसार ट्यूब में डाला जाता है और पारंपरिक भट्ठी रैंपिंग तकनीक का उपयोग करके नाइट्रोजन वातावरण के तहत जमाव तापमान तक गर्म किया जाता है। डोप्ड सिलिकॉन वेफर्स का ऑक्सीकरण लगभग 1050 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर सीटू में किया जा सकता है, क्योंकि सूखी ऑक्सीजन स्रोत की रिलीज दर को नहीं बदलती है।

जब सिलिकॉन वेफर्स को ठोस डोपेंट स्रोतों का उपयोग करके डोप किया जाता है और उसके बाद शुष्क ऑक्सीजन के साथ ऑक्सीकरण किया जाता है, तो वांछित ऑक्साइड मोटाई प्राप्त करने में अधिक समय लगता है क्योंकि ऑक्सीजन भाप की तुलना में सिलिकॉन को अधिक धीरे-धीरे ऑक्सीकरण करता है। लगभग 1050°C पर इस लंबे ऑक्सीकरण समय के परिणामस्वरूप सिलिकॉन वेफर में फॉस्फोरस का अत्यधिक प्रसार होता है। यदि वांछित जंक्शन बहुत गहरा नहीं है, तो अतिरिक्त समय के परिणामस्वरूप जंक्शन बहुत गहरा हो जाएगा और अक्सर बनाए जाने वाला उपकरण नष्ट हो जाएगा।

ठोस डोपेंट स्रोतों का उपयोग करके सिलिकॉन को डोपिंग करने की एक अन्य विधि में लगभग 1050 डिग्री सेल्सियस पर सिलिकॉन वेफर्स को डोपिंग करना, ठोस डोपेंट स्रोतों के करीब से सिलिकॉन वेफर्स को हटाना और भाप के साथ सिलिकॉन वेफर्स को ऑक्सीकरण करना शामिल है। जमाव के बाद, सिलिकॉन वेफर्स को कैसेट से हटा दिया जाता है (ठोस डोपेंट स्रोतों के करीब से) और भाप ऑक्सीकरण के लिए प्रसार भट्ठी में पुन: पेश किया जाता है। वांछित ऑक्साइड बनाने के लिए ऊपर वर्णित पहली विधि के समान तापमान पर अलग-अलग भाप ऑक्सीकरण किया जा सकता है। भाप ऑक्सीकरण में, ठोस डोपेंट स्रोतों को सिलिकॉन वेफर्स से अलग किया जाना चाहिए, क्योंकि उच्च तापमान पर नमी के कारण पी 2 ओ 5 स्रोत से अधिक तेज़ी से जारी होता है। यह विधि संतोषजनक परिणाम देती है, लेकिन इसमें समय और अधिक ऑपरेटर कार्य की आवश्यकता होती है। इसके अलावा, पी 2 ओ 5 युक्त हाइग्रोस्कोपिक सिलिकॉन सतह नम कमरे की हवा के संपर्क में आती है, जिससे सिलिकॉन सतह को नुकसान हो सकता है।

सिलिकॉन वेफर पर आवश्यक ऑक्साइड परत की मोटाई अनुप्रयोग के आधार पर कई सौ एंगस्ट्रॉम () से 20,000 या अधिक तक भिन्न हो सकती है। उत्सर्जक प्रसार वाले अधिकांश मामलों में, ऑक्साइड की मोटाई लगभग 1500-6000 की सीमा में होगी और अधिमानतः लगभग 2000-5000 की सीमा में होगी। पारंपरिक उत्सर्जक प्रसार के लिए लगभग 4300-5000 की ऑक्साइड मोटाई की आवश्यकता होती है। उत्सर्जक प्रसार के लिए पसंदीदा मोटाई की ऑक्साइड परतें आमतौर पर जमाव तापमान पर या उसके आसपास बढ़ती हैं, जो आमतौर पर लगभग 950-1050 डिग्री सेल्सियस की सीमा में होती है। उत्सर्जक प्रसार के मामले में परतों की स्वीकार्य सतह प्रतिरोधकता आमतौर पर लगभग 5.35-6.15 ओम/वर्ग की सीमा में होती है, लेकिन यह लगभग 15 ओम/वर्ग जितनी अधिक या लगभग 1 ओम/वर्ग जितनी कम भी हो सकती है। उदाहरण के लिए, लगभग 5 ओम/वर्ग की शीट प्रतिरोधकता प्राप्त करने के लिए द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर के लिए लगभग 1025 डिग्री सेल्सियस और 60 मिनट के जमाव तापमान और समय का उपयोग किया जाता है।

वर्तमान आविष्कार का उद्देश्य फॉस्फोरस डोपेंट के एक ठोस स्रोत का उपयोग करके सिलिकॉन वेफर को डोपिंग करने के लिए एक विधि विकसित करना है, जिसमें डोप किए गए वेफर को ऑक्सीकरण किया जाता है, जबकि यह सीटू में ठोस स्रोत के करीब होता है, जबकि सेवा जीवन को बनाए रखता है। स्रोत।

यह वर्तमान आविष्कार का एक और उद्देश्य है जो अत्यधिक लंबे ऑक्सीकरण समय के बिना पारंपरिक ऑक्सीकरण प्रक्रियाओं की तुलना में कम तापमान पर फॉस्फोरस-डोप्ड सिलिकॉन वेफर पर पर्याप्त मोटाई की ऑक्साइड परत बनाने की विधि प्रदान करता है, और विशेष रूप से एक उत्पादन विधि प्रदान करता है। कम तापमान पर उपयुक्त समय गीला ऑक्सीकरण का चयन करके किसी भी वांछित मोटाई की ऑक्साइड परत।

वर्तमान आविष्कार का एक अन्य उद्देश्य फॉस्फोरस-डोप्ड सिलिकॉन वेफर को ऑक्सीकरण करने के लिए एक विधि प्रदान करना है जो पीओसीएल 3 या पीएच 3 जैसे डोपिंग तरीकों का उपयोग करके देखी गई गहराई के बराबर गहराई पर सिलिकॉन में फॉस्फोरस के प्रसार को बनाए रखता है। ऊँचे तापमान पर पारंपरिक गीली ऑक्सीकरण विधियाँ।

वर्तमान आविष्कार का एक और उद्देश्य सिलिकॉन वेफर डोपिंग और ऑक्सीकरण विधि प्रदान करना है जो ठोस डोपेंट स्रोतों का उपयोग करके पारंपरिक गीले ऑक्सीकरण तरीकों की तुलना में सिलिकॉन वेफर्स की हैंडलिंग और आर्द्र कमरे की हवा में सिलिकॉन वेफर्स के जोखिम को कम करता है।

ये और वर्तमान आविष्कार की अन्य वस्तुएं निम्नलिखित विवरण, संलग्न दावों और चित्रों से स्पष्ट हो जाएंगी।

आविष्कार का सार

वर्तमान आविष्कार पारंपरिक ठोस स्रोत डोपिंग विधियों से जुड़ी समस्याओं पर काबू पाता है। यह विधि सिलिकॉन वेफर्स को ठोस फास्फोरस डोपेंट स्रोतों के साथ डोप करने की अनुमति देती है, इसके बाद डोप किए गए सिलिकॉन वेफर्स के भाप ऑक्सीकरण को पहले प्रसार भट्ठी से वेफर्स को हटाए बिना और ठोस डोपेंट स्रोतों के स्थायित्व को नाटकीय रूप से कम किए बिना किया जाता है।

वर्तमान आविष्कार की विधि में फॉस्फोरस डोपेंट के एक ठोस स्रोत के स्थानिक संबंध में एक सिलिकॉन वेफर को पहले तापमान पर वेफर की सतह पर फॉस्फोरस युक्त परत जमा करने के लिए पर्याप्त समय के लिए रखना, डोप्ड सिलिकॉन वेफर को ऑक्सीकरण करना शामिल है। पहले तापमान से कम दूसरे तापमान पर गीला ऑक्सीकरण विधि, और ऑक्सीकरण चरण के दौरान फॉस्फोरस डोपेंट के ठोस स्रोत के साथ स्थानिक संबंध में सिलिकॉन वेफर को पकड़ना। पहले और दूसरे तापमान का चयन इस प्रकार किया जाता है कि ठोस फास्फोरस डोपेंट स्रोत पहले तापमान पर पी 2 ओ 5 जारी करता है, और दूसरा तापमान ठोस फास्फोरस डोपेंट स्रोत से पी 2 ओ 5 की रिहाई को कम करने के लिए पहले तापमान की तुलना में पर्याप्त रूप से कम होता है। ऑक्सीकरण चरण के दौरान. दूसरा तापमान लगभग 900°C से कम या उसके बराबर और विशेष रूप से लगभग 600 से 900°C की सीमा में चुना जा सकता है।

वर्तमान विधि में, ठोस फास्फोरस डोपेंट स्रोत के स्थानिक संबंध में सिलिकॉन वेफर को पकड़ने के चरण में सिलिकॉन वेफर को ठोस फास्फोरस डोपेंट स्रोत के करीब और काफी हद तक समानांतर रखना शामिल हो सकता है, जिसमें सिलिकॉन वेफर को उस स्थिति में रखा जाता है। ऑक्सीकरण चरण. तापमान का चयन ऐसे किया जाता है कि फॉस्फोरस डोपेंट का ठोस स्रोत पहले तापमान पर पी 2 ओ 5 छोड़ता है, और दूसरा तापमान ऑक्सीकरण चरण के दौरान पी 2 ओ 5 की रिहाई को कम करने के लिए पहले तापमान से पर्याप्त रूप से कम होता है। दूसरा तापमान लगभग 600 से 900 डिग्री सेल्सियस के बीच चुना जा सकता है।

विधि में गीली ऑक्सीजन ऑक्सीकरण और पाइरोजेन भाप ऑक्सीकरण से गीली ऑक्सीकरण विधि का चयन करने का चरण भी शामिल हो सकता है, जहां गीली ऑक्सीजन ऑक्सीकरण विआयनीकृत पानी के माध्यम से बुदबुदाती ऑक्सीजन के साथ ऑक्सीकरण होता है। विधि में उच्च तापमान पर विघटित होने वाले ठोस डोपेंट स्रोत का चयन करने का चरण भी शामिल हो सकता है, जिसमें ठोस डोपेंट स्रोत को एल्यूमीनियम मेटाफॉस्फेट (अल (पीओ 3) 3) डोपेंट स्रोत, एक दुर्लभ पृथ्वी मेटाफॉस्फेट (एलएन) डोपेंट स्रोत से चुना जाता है। (आरओ 3) 3, जहां एलएन दुर्लभ पृथ्वी तत्व को संदर्भित करता है) और दुर्लभ पृथ्वी पेंटाफॉस्फेट (एलएनपी 5 ओ 14) पर आधारित मिश्र धातु पदार्थ का एक स्रोत है।

आविष्कार की विधि में एक तापमान पर वाष्प-चरण प्रतिक्रिया में वाष्प-जमा पी 2 ओ 5 के लिए एक सिलिकॉन वेफर और फॉस्फोरस डोपेंट के एक ठोस स्रोत को रखने का चरण शामिल हो सकता है और उस पर एक इलेक्ट्रॉनिक चालन परत बनाने के लिए पर्याप्त समय के लिए रखा जा सकता है। सिलिकॉन वेफर की सतह, और फिर ऑक्सीडाइजिंग एजेंट के साथ डोप्ड सिलिकॉन वेफर को ऑक्सीकरण करना, नम ऑक्सीजन और पायरोजेनिक भाप से चयनित, सिलिकॉन वेफर की सतह पर पूर्व निर्धारित ऑक्साइड परत बनाने के लिए पर्याप्त समय के लिए दूसरे तापमान पर मोटाई, ठोस डोपेंट स्रोत से पी 2 ओ 5 की रिहाई की दर को कम करने के लिए दूसरे तापमान का पहले तापमान से पर्याप्त रूप से कम होना, जबकि ऑक्सीकरण चरण के दौरान सिलिकॉन वेफर को ठोस डोपेंट स्रोत के साथ लोकप्रिय बातचीत में बनाए रखा जाता है। दूसरा तापमान लगभग 600-900°C की सीमा में चुना जा सकता है। उदाहरण के लिए, सिलिकॉन वेफर की सतह पर लगभग 4000 Å की मोटाई वाली ऑक्साइड परत बनाने के लिए ऑक्सीकरण चरण को लगभग 3 घंटे तक लगभग 775 डिग्री सेल्सियस पर किया जा सकता है। विधि में एल्यूमीनियम मेटाफॉस्फेट डोपेंट स्रोत, दुर्लभ पृथ्वी मेटाफॉस्फेट डोपेंट स्रोत और दुर्लभ पृथ्वी पेंटाफॉस्फेट डोपेंट स्रोत से एक ठोस डोपेंट स्रोत का चयन करने का चरण शामिल हो सकता है।

आविष्कार सिलिकॉन वेफर को डोपिंग करने की एक विधि भी प्रदान करता है, जिसमें सिलिकॉन वेफर और फॉस्फोरस डोपेंट के एक ठोस स्रोत को वाष्प जमाव पी 2 ओ 5 के करीब एक तापमान पर और इलेक्ट्रॉनिक चालन बनाने के लिए पर्याप्त समय तक रखने के चरण शामिल हैं। सिलिकॉन वेफर की सतह पर परत, पहले तापमान से कम दूसरे तापमान पर नम ऑक्सीजन और पायरोजेनिक भाप से चुने गए ऑक्सीकरण एजेंट के साथ डोप्ड सिलिकॉन वेफर को ऑक्सीकरण करना, और सिलिकॉन वेफर को फॉस्फोरस के ठोस स्रोत के करीब रखना ऑक्सीकरण चरण के दौरान डोपेंट। दूसरा तापमान, जिसे ठोस डोपेंट स्रोत से पी 2 ओ 5 की रिहाई को काफी हद तक कम करने के लिए पहले तापमान से काफी कम चुना जाता है, लगभग 600 से 900 डिग्री सेल्सियस की सीमा में हो सकता है।

सिलिकॉन वेफर की सतह पर पूर्व निर्धारित मोटाई, जैसे लगभग 4000 Å, की ऑक्साइड परत बनाने के लिए ऑक्सीकरण चरण को दूसरे तापमान पर पर्याप्त समय के लिए आयोजित किया जा सकता है। विधि में एक ठोस डोपेंट स्रोत का चयन करने का चरण भी शामिल हो सकता है जो उच्च तापमान पर विघटित होता है, जिसमें डोपेंट स्रोत को एल्यूमीनियम मेटाफॉस्फेट डोपेंट स्रोत, एक दुर्लभ पृथ्वी मेटाफॉस्फेट डोपेंट स्रोत और एक दुर्लभ पृथ्वी पेंटाफॉस्फेट डोपेंट स्रोत से चुना जाता है।

सिलिकॉन वेफर को डोपिंग करने की एक विधि में फॉस्फोरस डोपेंट के ठोस स्रोत के स्थानिक संबंध में सिलिकॉन वेफर को पहले तापमान पर वेफर की सतह पर फॉस्फोरस युक्त परत जमा करने, ऑक्सीकरण करने के लिए पर्याप्त समय के लिए रखने के चरण शामिल हो सकते हैं। पहले तापमान से कम दूसरे तापमान पर गीले ऑक्सीकरण विधि द्वारा डोप्ड सिलिकॉन वेफर, और ऑक्सीकरण चरण के दौरान ठोस फास्फोरस डोपेंट स्रोत के स्थानिक संबंध में सिलिकॉन वेफर को पकड़ना। तापमान का चयन इस प्रकार किया जाता है कि ठोस फास्फोरस डोपेंट स्रोत पहले तापमान पर पी 2 ओ 5 जारी करता है, और दूसरा तापमान पहले तापमान की तुलना में पर्याप्त रूप से कम होता है ताकि ऑक्सीकरण के दौरान ठोस फास्फोरस डोपेंट स्रोत से पी 2 ओ 5 की रिहाई को कम किया जा सके। कदम। दूसरा तापमान लगभग 900°C से कम या उसके बराबर और विशेष रूप से लगभग 600 से 900°C की सीमा में चुना जा सकता है।

ऊपर वर्णित विधि में ऑक्सीकरण चरण के दौरान सिलिकॉन वेफर को फॉस्फोरस डोपेंट के ठोस स्रोत के करीब और काफी हद तक समानांतर रखने और गीले ऑक्सीजन ऑक्सीकरण और पाइरोजेनिक भाप ऑक्सीकरण से गीले ऑक्सीकरण विधि का चयन करने के एक या अधिक चरण शामिल हो सकते हैं। तापमान का चयन इस प्रकार किया जाता है कि ठोस फास्फोरस डोपेंट स्रोत पहले तापमान पर पी 2 ओ 5 जारी करता है, और दूसरा तापमान पहले तापमान की तुलना में पर्याप्त रूप से कम होता है ताकि ऑक्सीकरण के दौरान ठोस फास्फोरस डोपेंट स्रोत से पी 2 ओ 5 की रिहाई को कम किया जा सके। कदम। दूसरा तापमान लगभग 600 से 900 डिग्री सेल्सियस के बीच चुना जा सकता है। इस विधि में एल्यूमीनियम मेटाफॉस्फेट डोपेंट स्रोत, दुर्लभ पृथ्वी मेटाफॉस्फेट डोपेंट स्रोत और दुर्लभ पृथ्वी पेंटाफॉस्फेट डोपेंट स्रोत से एक ठोस डोपेंट का चयन करने का चरण शामिल हो सकता है।

यह आविष्कार सिलिकॉन वेफर पर ऑक्साइड परत उगाने के लिए एक विधि प्रदान करता है, जिसमें डोप्ड सिलिकॉन वेफर के गीले ऑक्सीकरण चरण को ऐसे तापमान पर शामिल किया जाता है जो फॉस्फोरस डोपेंट के ठोस स्रोत द्वारा पी 2 ओ 5 रिलीज की दर को काफी कम कर देता है। गीले चरण के दौरान सिलिकॉन वेफर के साथ वाष्प चरण की बातचीत। ऑक्सीकरण। गीला ऑक्सीकरण तापमान लगभग 900°C से कम या इसके बराबर चुना जा सकता है, और अधिमानतः लगभग 600 से 900°C की सीमा में है। गीले ऑक्सीकरण चरण में डोप्ड सिलिकॉन वेफर को गीले ऑक्सीजन और पाइरोजेनिक भाप से चुने गए ऑक्सीकरण एजेंट के संपर्क में लाना शामिल हो सकता है।

विधि में गीले ऑक्सीकरण तापमान का चयन करने का चरण और डोप्ड सिलिकॉन वेफर की सतह पर पूर्व निर्धारित मोटाई वाली ऑक्साइड परत बनाने के लिए पर्याप्त समय शामिल हो सकता है। गीला ऑक्सीकरण तापमान लगभग 600 से 900°C की सीमा में चुना जा सकता है। उदाहरण के लिए, गीला ऑक्सीकरण चरण लगभग 775°C पर लगभग 3 घंटे तक किया जा सकता है। विधि में ठोस डोपेंट स्रोत के साथ वाष्प चरण प्रतिक्रिया में सिलिकॉन वेफर को गर्म करके डोप्ड सिलिकॉन वेफर का उत्पादन करने का चरण भी शामिल हो सकता है। ठोस डोपेंट स्रोत को एल्यूमीनियम मेटाफॉस्फेट डोपेंट स्रोत, एक दुर्लभ पृथ्वी मेटाफॉस्फेट डोपेंट स्रोत और एक दुर्लभ पृथ्वी पेंटाफॉस्फेट डोपेंट स्रोत से चुना जा सकता है।

आविष्कार के ये और अन्य पहलू आविष्कार के निम्नलिखित विस्तृत विवरण से स्पष्ट हो जाएंगे।

रेखाचित्रों का संक्षिप्त विवरण

चित्र 1 चयनित गीले ऑक्सीकरण तापमान पर भाप में ग्लास फिल्म की मोटाई बनाम समय दिखाने वाला एक ग्राफ है।

चित्र 2ए विभिन्न ऑक्सीकरण तापमानों पर भाप समय के एक फ़ंक्शन के रूप में सिलिकॉन वेफर पर ग्लास फिल्म की मोटाई एकरूपता दिखाने वाला एक ग्राफ है।

चित्र 2बी चित्र 2ए के ग्राफ का एक विस्तृत दृश्य है जो शून्य से 10% तक एकरूपता के लिए विभिन्न गीले ऑक्सीकरण तापमानों पर भाप लेने के समय के एक फ़ंक्शन के रूप में सिलिकॉन वेफर पर ग्लास फिल्म की मोटाई की एकरूपता दिखाता है।

चित्र 3 चयनित गीले ऑक्सीकरण तापमान के लिए भाप में समय बनाम परत सतह प्रतिरोधकता दिखाने वाला एक ग्राफ है।

चित्र 4 एक ग्राफ है जो विभिन्न तापमानों पर फॉसप्लस® टीपी-470 डोपेंट स्रोत के भाप एक्सपोज़र समय की तुलना में औसत संचयी प्रतिशत वजन घटाने को दर्शाता है।

चित्र 5 गीले ऑक्सीकरण बनाम तापमान के दौरान फॉसप्लस® टीपी-470 डोपेंट स्रोत से पी 2 ओ 5 के वजन घटाने की दर का एक ग्राफ है।

आविष्कार के पसंदीदा अवतार का विस्तृत विवरण

वर्तमान आविष्कार सिलिकॉन वेफर्स को डोपिंग करने के लिए एक विधि प्रदान करता है, जिसमें बाद में सिलिकॉन वेफर्स का गीला ऑक्सीकरण या पायरोजेनिक भाप ऑक्सीकरण शामिल है। यह विधि ठोस फॉस्फोरस डोपेंट स्रोत के सेवा जीवन को तेजी से कम किए बिना ऑक्सीकरण चरण के दौरान एक प्रसार ट्यूब में ठोस डोपेंट स्रोतों के साथ सिलिकॉन वेफर्स को निकटता में (उदाहरण के लिए, वाष्प चरण इंटरैक्शन में) छोड़ना संभव बनाती है।

विधि के लिए आवश्यक है कि डोपिंग और ऑक्सीकरण चरण विभिन्न प्रक्रिया स्थितियों के तहत किए जाएं। डोपिंग चरण उच्च तापमान पर किया जाता है, उदाहरण के लिए लगभग 1050 डिग्री सेल्सियस पर, शुष्क नाइट्रोजन में जितना संभव हो उतना कम ऑक्सीजन के साथ। भाप या गीला ऑक्सीकरण कम तापमान पर किया जाता है, उदाहरण के लिए 775°C पर। इन स्थितियों के तहत, उच्च डोपिंग तापमान पर गीले या पायरोजेनिक भाप ऑक्सीकरण से अपेक्षित रिलीज की दर की तुलना में ठोस डोपेंट स्रोत से पी 2 ओ 5 की रिहाई की दर काफी कम हो जाती है। ऑक्सीकरण तापमान के सावधानीपूर्वक चयन के परिणामस्वरूप कम तापमान पर P2O5 रिलीज दर होती है जो नाइट्रोजन में उच्च डोपिंग तापमान पर P2O5 रिलीज दर के करीब पहुंच जाती है। इसलिए सिलिकॉन वेफर को ठोस डोपेंट स्रोत की उपस्थिति में गीली ऑक्सीजन या पाइरोजेनिक भाप के साथ ठोस डोपेंट स्रोत में फॉस्फोरस के तेजी से नुकसान के बिना ऑक्सीकरण किया जा सकता है। वर्तमान विधि भट्ठी को धीरे-धीरे सम्मिलन तापमान तक लाने, प्रसार कैसेट से डोप किए गए सिलिकॉन वेफर्स को हटाने और तापमान को धीरे-धीरे ऑक्सीकरण तापमान पर वापस लाने के चरणों को समाप्त करके प्रसंस्करण समय और ऑपरेटर कार्रवाई को भी कम कर देती है।

वर्तमान आविष्कार की विधि में, सिलिकॉन वेफर्स को आम तौर पर एक प्रसार कैसेट में फॉस्फोरस डोपेंट के ठोस स्रोत के निकट और काफी हद तक समानांतर रखा जाता है। प्रसार कैसेट के विभिन्न डिज़ाइनों का उपयोग किया जा सकता है, हालांकि मानक क्लोजर और स्वचालित स्थानांतरण प्रणालियों के साथ संगत कैंटिलीवर सिस्टम वाले चार-तरफा क्वार्ट्ज कैसेट को आम तौर पर पसंद किया जाता है। सिलिकॉन सतह और स्रोत सतह के बीच की दूरी अधिमानतः स्थिर है और लगभग 0.06 से 0.10 इंच तक होती है। स्रोत स्लॉट अधिमानतः उनकी मोटाई से लगभग 0.01 इंच चौड़े हैं। स्रोतों को कैसेट में कम से कम 0.01 प्रति इंच व्यास के विस्तार के लिए जगह के साथ शिथिल रूप से स्थापित किया जाना चाहिए।

ठोस डोपेंट स्रोत का चयन एल्यूमीनियम मेटाफॉस्फेट, दुर्लभ पृथ्वी मेटाफॉस्फेट, दुर्लभ पृथ्वी पेंटाफॉस्फेट (LaZrP 3 सहित) से बने डोपेंट स्रोतों से किया जा सकता है।

या अन्य उपयुक्त डोपेंट रचनाएँ। यद्यपि उत्कृष्ट परिणाम तब प्राप्त होते हैं जब प्रति कार्ट्रिज कम से कम तीन डोपेंट स्रोतों का उपयोग किया जाता है, विशिष्ट अर्धचालक निर्माण में 50 से 100 या अधिक स्रोतों का उपयोग किया जा सकता है।

अधिमानतः, पारंपरिक रैंपिंग फर्नेस तकनीक का उपयोग मिश्रधातु या जमाव चक्र के लिए किया जाता है। इसमें सिलिकॉन वेफर्स और डोपेंट स्रोतों वाले कार्ट्रिज को लगभग 800°C से कम तापमान और जमाव तापमान से कम से कम 100°C कम तापमान पर एक प्रसार ट्यूब में धीरे-धीरे डालना शामिल है। अधिमानतः, 100 मिमी व्यास वाले स्रोतों के लिए प्रविष्टि गति 4 इंच प्रति मिनट से अधिक नहीं है। सामग्री के अधिक द्रव्यमान को पेश किए जाने के कारण बड़े व्यास वाले स्रोतों के लिए धीमी प्रविष्टि गति को प्राथमिकता दी जाती है।

एक बार जब ओवन और कैसेट थर्मल संतुलन पर पहुंच जाते हैं, तो ओवन को जमाव तापमान पर लाया जाता है। जमाव तापमान अधिमानतः लगभग 950 से 1150°C के बीच होता है, सर्वाधिक अधिमानतः 1025°C, हालाँकि यह अनुप्रयोग के आधार पर भिन्न हो सकता है। जमाव चरण आम तौर पर नाइट्रोजन और/या आर्गन वातावरण के तहत किया जाता है, हालांकि लगभग 1000 डिग्री सेल्सियस से ऊपर जमाव तापमान पर थोड़ी मात्रा में ऑक्सीजन का उपयोग किया जा सकता है। पसंदीदा ऑक्सीजन सांद्रता लगभग 1% से कम है, हालाँकि लगभग 5% तक ऑक्सीजन का उपयोग लगभग 1100°C से ऊपर के जमाव तापमान पर किया जा सकता है।

जमाव के दौरान गैस प्रवाह दर मुख्य रूप से प्रसार उपकरण पर निर्भर करती है, जैसे ट्यूब और क्लोजर डिवाइस का आकार। कमरे की हवा को प्रसार ट्यूब के माध्यम से वापस बहने से रोकने के लिए प्रवाह दर कम से कम इतनी अधिक होनी चाहिए। 135 मिमी व्यास वाली प्रसार ट्यूबों में लगभग 2 से 15 लीटर/मिनट की प्रवाह दर का सफलतापूर्वक उपयोग किया गया है, जिसमें 3-7 लीटर/मिनट की प्रवाह दर को प्राथमिकता दी गई है।

डोपिंग चरण को सिलिकॉन वेफर पर फॉस्फोरस युक्त परत जमा करने के लिए पर्याप्त समय के लिए जमाव तापमान पर किया जाता है, जो उचित समय के भीतर सिलिकॉन वेफर में वांछित गहराई तक फैल जाएगा। जमाव का समय जमाव के तापमान और कला में ज्ञात अन्य कारकों के आधार पर भिन्न हो सकता है। उदाहरण के लिए, लगभग 1050 डिग्री सेल्सियस पर एक ठोस एल्यूमीनियम मेटाफॉस्फेट डोपेंट स्रोत के साथ सिलिकॉन वेफर को डोपिंग करते समय जमाव का समय लगभग 30-60 मिनट हो सकता है, जिसके परिणामस्वरूप परत शीट प्रतिरोधकता लगभग 4-5 ओम/वर्ग होती है।

भाप ऑक्सीकरण की तैयारी में सिलिकॉन वेफर्स और स्रोतों को ठंडा करने के लिए भट्ठी का तापमान धीरे-धीरे कम किया जाता है, और भट्ठी में एक ऑक्सीकरण एजेंट डाला जाता है। ऑक्सीकरण एजेंट को पाइरोजेनिक भाप (उदाहरण के लिए, ऑक्सीजन के साथ हाइड्रोजन जलाने से प्राप्त भाप) और गीली ऑक्सीजन (उदाहरण के लिए, लगभग 95 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर विआयनीकृत पानी के माध्यम से पारित ऑक्सीजन) से चुना जा सकता है। नम ऑक्सीजन या पाइरोजेनिक भाप के साथ डोप्ड सिलिकॉन वेफर के ऑक्सीकरण को "गीला ऑक्सीकरण" कहा जाता है। "गीली ऑक्सीजन" एक उपयुक्त तापमान, उदाहरण के लिए 95 डिग्री सेल्सियस पर रखे गए विआयनीकृत पानी के माध्यम से बुदबुदाया गया ऑक्सीजन है, या किसी अन्य उपयुक्त विधि द्वारा प्राप्त किया जाता है।

डोप्ड सिलिकॉन वेफर्स को जमाव तापमान से दूसरे तापमान पर ऑक्सीकरण किया जाता है। गीला ऑक्सीकरण तापमान इतना अधिक होना चाहिए कि ऑक्सीकरण समय यथासंभव कम रहे, और इतना कम हो कि P2O5 को फॉस्फोरस स्रोत से बहुत अधिक दर पर निकलने से रोका जा सके। जितनी तेजी से पी 2 ओ 5 को स्रोत से भाप में छोड़ा जाता है, उतनी ही तेजी से स्रोत समाप्त हो जाता है। फॉस्फोरस डोपेंट का ठोस स्रोत ऑक्सीकरण चरण के दौरान सिलिकॉन वेफर के नजदीक प्रसार ट्यूब में रह सकता है क्योंकि पी 2 ओ 5 रिलीज दर को स्वीकार्य स्तर तक कम करने के लिए दूसरा तापमान पहले तापमान से काफी कम है।

45 मिनट के लिए 1050 डिग्री सेल्सियस पर फॉसप्लस® टीपी-470 डोपेंट स्रोत के साथ डोप किए गए सिलिकॉन वेफर्स को कम से कम लगभग 1 लीटर/मिनट की प्रवाह दर पर लगभग 1-3 घंटे के लिए 775 डिग्री सेल्सियस पर गीली ऑक्सीजन के साथ ऑक्सीकरण किया जा सकता है। ऐसा माना जाता है कि थोड़ी अधिक प्रवाह दर के परिणामस्वरूप ऊपर से नीचे तक सिलिकॉन वेफर्स का अधिक समान ऑक्सीकरण होगा। जब ऑक्सीकरण पूरा हो जाता है, तो ओवन को ऑक्सीकरण एजेंट की आपूर्ति बंद कर दी जाती है, ओवन का तापमान धीरे-धीरे सम्मिलित तापमान सीमा के भीतर के तापमान तक कम हो जाता है, और कैसेट को धीरे-धीरे ओवन से बाहर निकाला जाता है। ऑक्सीकरण को एक तापमान पर और सिलिकॉन वेफर की सतह पर वांछित मोटाई वाली ऑक्साइड परत बनाने के लिए पर्याप्त समय के लिए किया जा सकता है, उदाहरण के लिए 2000 या 4000।

वर्तमान आविष्कार के कम ऑक्सीकरण तापमान का मतलब यह भी है कि सिलिकॉन में फॉस्फोरस का अतिरिक्त प्रसार ऊंचे तापमान पर पारंपरिक (शुष्क ऑक्सीजन) ऑक्सीकरण प्रक्रियाओं के उच्च डोपिंग तापमान पर या उसके निकट प्रसार की तुलना में बहुत छोटा है। पारंपरिक गीली ऑक्सीकरण प्रक्रियाओं की तुलना में वर्तमान आविष्कार की प्रक्रिया का उपयोग करके वेफर हैंडलिंग को कम किया जाता है क्योंकि गीला ऑक्सीकरण सीटू में किया जाता है। वर्तमान विधि डोपिंग और ऑक्सीकरण के बीच के अंतराल में कमरे की वायु आर्द्रता के प्रभाव को भी समाप्त कर देती है।

वर्तमान पद्धति का उपयोग करके डोप किए गए और ऑक्सीकृत सिलिकॉन वेफर्स में सतह परत प्रतिरोधकता लगभग 5-7 ओम/वर्ग की सीमा में और ग्लास (ऑक्साइड) फिल्म की मोटाई लगभग 4000-5000 की सीमा में पाई गई है। उदाहरण के लिए, सिलिकॉन वेफर्स को फॉसप्लस® टीपी-470 डोपेंट स्रोत के साथ 1050 डिग्री सेल्सियस पर 45 मिनट के लिए डोप किया गया और 3 घंटे के लिए 775 डिग्री सेल्सियस पर आर्द्र ऑक्सीजन (95 डिग्री सेल्सियस विआयनीकृत पानी के माध्यम से बुलबुले) में ऑक्सीकरण किया गया, जिसमें परत की सतह प्रतिरोधकता होती है। लगभग 5.7 ओम/वर्ग है और ऑक्साइड की मोटाई लगभग 4000 है। ठोस डोपेंट स्रोत 775°C पर गीले ऑक्सीकरण के बाद आमतौर पर लगभग 1050°C पर P 2 O 5 जारी करना जारी रखते हैं। समान परिणामों के साथ परीक्षण कई बार किया गया। इसलिए, आविष्कार की विधि गीले ऑक्सीकरण चरण के दौरान प्रसार ट्यूब से ठोस डोपेंट स्रोतों को हटाए बिना और ठोस डोपेंट स्रोतों के सेवा जीवन को नाटकीय रूप से कम किए बिना स्वीकार्य ग्लास फिल्म मोटाई और स्वीकार्य परत शीट प्रतिरोधकता प्रदान करने में सक्षम है।

सिलिकॉन वेफर्स (100 मिमी व्यास, 5-20 ओम और 111-पी-प्रकार बोरॉन) को 100 मिमी व्यास वाले फॉसप्लस® टीपी-470 फ्लैट डोपेंट स्रोतों के साथ डोप किया जाता है जिसमें एल्यूमीनियम मेटाफॉस्फेट का उच्च प्रतिशत होता है और निम्नलिखित चक्र का उपयोग करके ऑक्सीकरण किया जाता है:

कैसेट को 700°C पर 3.0 इंच/मिनट की गति से प्रसार ट्यूब में डालें;

तापमान को 5°C/मिनट की दर से 1050°C में बदलें और N 2 के प्रवाह में 30 मिनट तक बनाए रखें;

तापमान को 5°C/मिनट की दर से गीले ऑक्सीकरण तापमान, X में बदलें;

एक समय के लिए ऑक्सीकरण तापमान बनाए रखें, Y;

तापमान को 5°C/मिनट की दर से 700°C में बदलें;

3.0 इंच/मिनट की गति से कैसेट को प्रसार ट्यूब से बाहर खींचें।

700, 750, 775, 800 और 1000 डिग्री सेल्सियस के गीले ऑक्सीकरण तापमान (एक्स) और 1 से 3 घंटे तक के गीले ऑक्सीकरण समय (वाई) का परीक्षण किया गया। गीले ऑक्सीकरण चरण के दौरान, 95°C पर बनाए रखे गए विआयनीकृत पानी के माध्यम से ऑक्सीजन को बुलबुला किया जाता है। प्रत्येक ऑक्सीकरण तापमान के लिए, स्रोतों का एक नया सेट उपयोग किया जाता है। स्रोतों के प्रत्येक सेट को उपयोग से पहले लगभग 25% O2 के साथ एन 2 में लगभग 12 घंटे तक रखा जाता है।

स्रोतों के वजन घटाने का माप एनालॉग पैमानों का उपयोग करके किया जाता है। जमा की गई ग्लास फिल्म की मोटाई गार्टनर एलिप्सोमीटर का उपयोग करके मापी जाती है। सतह परत प्रतिरोधकता को एक मानक चार-बिंदु जांच का उपयोग करके 10:1 एचएफ में पूर्व-नक़्क़ाशीदार वेफर्स पर मापा जाता है।

ठोस स्रोतों के वजन में कमी को मापकर ठोस स्रोत से पी 2 ओ 5 की कमी की दर का अनुमान लगाने के लिए स्रोतों को एक निर्दिष्ट समय के लिए नम ऑक्सीजन में प्रत्येक ऑक्सीकरण तापमान पर बनाए रखा जाता है। वजन घटाने के माप से पता चलता है कि 1050 डिग्री सेल्सियस पर नाइट्रोजन में फास्फोरस 0.01%/घंटा से कम की दर से खो जाता है (चित्र 4 देखें)। जब गैस को नम ऑक्सीजन में बदला जाता है, तो 1000°C पर दर 0.7%/घंटा से अधिक हो जाती है। नम ऑक्सीजन में रिलीज दर काफी कम हो जाती है क्योंकि गीले ऑक्सीकरण का तापमान 1000 डिग्री सेल्सियस से कम हो जाता है और शुष्क नाइट्रोजन में दर तब पहुंच जाती है जब ऑक्सीकरण तापमान लगभग 630 डिग्री सेल्सियस तक पहुंच जाता है (चित्र 5 देखें)।

30 मिनट के लिए 1050 डिग्री सेल्सियस पर डोपिंग के बाद गीले ऑक्सीकरण समय के एक फ़ंक्शन के रूप में ग्लास फिल्म की मोटाई प्रत्येक गीले ऑक्सीकरण तापमान के लिए चित्र 1 में प्रस्तुत की गई है। जमा हुई ग्लास फिल्म की मोटाई एक निश्चित तापमान के लिए आर्द्र ऑक्सीजन में ऑक्सीकरण समय के साथ-साथ ऊंचे तापमान पर एक निश्चित समय के लिए बढ़ती हुई पाई गई है। वर्तमान आविष्कार की विधि इस प्रकार उपयुक्त गीले ऑक्सीकरण तापमान और समय का चयन करके सिलिकॉन वेफर की सतह पर किसी भी वांछित मोटाई की ऑक्साइड परत प्राप्त करना संभव बनाती है।

इस मामले में, लगभग 4000 की वांछित ग्लास फिल्म की मोटाई 30 मिनट के लिए नाइट्रोजन में 1050 डिग्री सेल्सियस के जमाव तापमान का उपयोग करके प्राप्त की जाती है और इसके बाद 800 डिग्री सेल्सियस पर लगभग 2 घंटे तक गीला ऑक्सीकरण किया जाता है। सामान्य तौर पर, कम ऑक्सीकरण तापमान, लगभग 775°C, आमतौर पर पसंद किए जाते हैं।

परत की सतह प्रतिरोधकता की एकरूपता बढ़ाने के लिए, गीले ऑक्सीकरण तापमान को 800 से घटाकर 775°C कर दिया गया और ऑक्सीकरण समय को लगभग 2 से 3 घंटे तक बढ़ा दिया गया। जैसा कि चित्र 1 में दिखाया गया है, ऐसे परिवर्तनों के परिणामस्वरूप वांछित ग्लास फिल्म की मोटाई लगभग 4000 हो जाती है। जैसा कि चित्र 2ए और 2बी में दिखाया गया है, परत की सतह प्रतिरोधकता की एकरूपता में काफी सुधार हुआ है। 775 डिग्री सेल्सियस पर भाप में 11 घंटे रहने के बाद भी, डोप्ड सिलिकॉन वेफर्स की परिणामी एकरूपता 2% के भीतर गिर जाती है (चित्र 2ए में सबसे स्पष्ट रूप से देखा गया है)। यह 775°C से कम तापमान पर किए गए सभी गीले ऑक्सीकरण प्रयोगों के लिए सच है।

चित्र 3 प्रत्येक गीले ऑक्सीकरण तापमान के लिए भाप में समय बनाम परतों की सतह प्रतिरोधकता का एक ग्राफ दिखाता है। 775°C पर गीला ऑक्सीकरण 5 और 6 ओम/वर्ग के बीच औसत शीट प्रतिरोधकता मान देता है, जो कुछ उत्सर्जक प्रसार के लिए पसंदीदा सीमा के भीतर है।

775 डिग्री सेल्सियस पर लगभग 5 घंटे के गीले ऑक्सीकरण समय के परिणामस्वरूप लगभग 5100 से अधिक मोटाई वाली कांच की फिल्में बनती हैं। हालाँकि, परत की सतह प्रतिरोधकता (लगभग 6.3 ओम/वर्ग की सीमा में) के कारण एक मोटी कांच की फिल्म प्राप्त की जाती है। माना जाता है कि परत की उच्च सतह प्रतिरोधकता अधिक फॉस्फोरस युक्त सिलिकॉन के ऑक्सीकरण के परिणामस्वरूप होती है, जो पी/एन इलेक्ट्रॉन-होल जंक्शन के ऊपर स्थित सक्रिय फॉस्फोरस की मात्रा को कम कर देती है। ऐसा माना जाता है कि ऊपर वर्णित स्थितियों के तहत 1050 डिग्री सेल्सियस पर जमाव समय को बढ़ाने के बाद लगभग 775 डिग्री सेल्सियस पर गीला ऑक्सीकरण एक मोटी ऑक्साइड परत का उत्पादन कर सकता है जो अभी भी उचित एकरूपता बनाए रखता है।

हाल के परीक्षण से पुष्टि होती है कि एल्यूमीनियम मेटाफॉस्फेट के उच्च प्रतिशत वाले फॉसप्लस® टीपी-470 डोपेंट स्रोतों के अलावा अन्य ठोस डोपेंट स्रोतों का भी वर्तमान आविष्कार की प्रक्रिया में प्रभावी ढंग से उपयोग किया जा सकता है। जैसा कि नीचे बताया गया है, वर्तमान आविष्कार की विधि में दुर्लभ पृथ्वी मेटाफॉस्फेट स्रोतों का उपयोग किया जा सकता है। लैंथेनम मेटाफॉस्फेट (La(PO 3) 3) डोपेंट स्रोत तीन 100 मिमी फ़ॉसप्लस® TP-250 डोपेंट स्रोतों (मुख्य रूप से लैंथेनम पेंटाफॉस्फेट, LaP 3 O 14) को लगभग 16 घंटे के लिए 975°C पर और फिर लगभग 16 घंटे तक भूनकर तैयार किया जाता है। अतिरिक्त दो घंटों के लिए 1050 डिग्री सेल्सियस। इसी तरह की फायरिंग 2" व्यास वाले नियोडिमियम पेंटाफॉस्फेट (एनडीपी 5 ओ 14) और गैडोलीनियम पेंटाफॉस्फेट (जीडीपी 5 ओ 14) स्रोतों के साथ की जाती है ताकि उन्हें संबंधित मेटाफॉस्फेट (एनडी (पीओ 3) 3) में परिवर्तित किया जा सके। और (जीडी(पीओ 3) 3)। एरबियम मेटाफॉस्फेट (ईआर (पीओ 3) 3) और प्रेजोडायमियम मेटाफॉस्फेट (पीआर (पीओ 3) 3) पर आधारित 2-इंच व्यास वाले स्रोतों का उपयोग करके भी परीक्षण किए गए हैं, जिनके बारे में माना जाता है कि, प्री-फायरिंग के दौरान प्राप्त वजन घटाने के आंकड़ों के आधार पर मेटाफॉस्फेट रूप में हैं।

वजन घटाने की दर निर्धारित करने के लिए उपरोक्त दुर्लभ पृथ्वी मेटाफॉस्फेट स्रोतों को एन 2 के संपर्क से पहले और बाद में लगभग 1050 डिग्री सेल्सियस (ईआर (पीओ 3) 3 स्रोत के लिए 1100 डिग्री सेल्सियस) पर तौला गया था। वजन घटाने की एक अलग दर प्राप्त करने के लिए उन्हें आर्द्र ऑक्सीजन (95 डिग्री सेल्सियस पर विआयनीकृत पानी के माध्यम से पारित ऑक्सीजन) के संपर्क में आने से पहले और बाद में तौला जाता है। नम ऑक्सीजन के प्रभाव को निर्धारित करने के लिए 775 डिग्री सेल्सियस पर नम ऑक्सीजन में वजन घटाने (जी/एच/वर्ग इंच सतह क्षेत्र) और 1050 डिग्री सेल्सियस (ईआर स्रोत के लिए 1100 डिग्री सेल्सियस) पर नाइट्रोजन में वजन घटाने के अनुपात की गणना करें। पी रिलीज की दर 2 ओ 5। इन परीक्षणों के परिणाम तालिका 1 में प्रस्तुत किए गए हैं।

वजन घटाने का अनुपात 5 से 28 तक होता है, वर्तमान आविष्कार में उपयोग किए जाने पर कम अनुपात वाले डोपेंट स्रोतों के संतोषजनक प्रदर्शन की अधिक संभावना होती है। इन सीमित परीक्षणों के आधार पर, एर, एनडी, पीआर और जीडी मेटाफॉस्फेट स्रोत एल्यूमीनियम मेटाफॉस्फेट स्रोत (लगभग 5.0 का वजन घटाने का अनुपात) की तुलना में नम ऑक्सीजन के लिए कम प्रतिरोधी हैं, और लैंथेनम मेटाफॉस्फेट स्रोत में नम ऑक्सीजन के लिए लगभग समान प्रतिरोध है।

परतों की सतह प्रतिरोधकता और जमा ग्लास फिल्म की मोटाई का मूल्यांकन करने के लिए प्रत्येक स्रोत का उपयोग एन 2 में 45 मिनट के लिए 1050 डिग्री सेल्सियस पर सिलिकॉन वेफर्स को डोप करने के लिए किया जाता है। परतों की सतह प्रतिरोधकता और ऑक्सीकृत सिलिकॉन सतह की फिल्म की मोटाई प्राप्त करने के लिए स्रोतों का उपयोग सिलिकॉन को 45 मिनट के लिए 1050 डिग्री सेल्सियस पर डोप करने के लिए किया जाता है, जिसके बाद आर्द्र ऑक्सीजन में 3 घंटे के लिए 775 डिग्री सेल्सियस पर ऑक्सीकरण किया जाता है। अंत में, स्रोतों का उपयोग 45 मिनट के लिए 1050 डिग्री सेल्सियस पर सिलिकॉन को नाइट्रोजन में फिर से डोप करने के लिए किया जाता है ताकि यह निर्धारित किया जा सके कि स्रोत को नम ऑक्सीजन के संपर्क में लाने के परिणामस्वरूप जमा फिल्म की मोटाई कैसे बदलती है। इन परीक्षणों के परिणाम तालिका 2 में प्रस्तुत किए गए हैं।

तालिका 2
	ला	रा	गोलों का अंतर	एर*	पीआर
आर एस, ओम/स्क्वायर (एन 2 में 45 मिनट से एच 2 ओ के लिए 1050 डिग्री सेल्सियस पर डोपिंग अनुभव)	3,1	4,1	6,2	5,0	4,8
टी, (एन 2 में 1050 डिग्री सेल्सियस पर 45 मिनट से एच 2 ओ तक डोपिंग अनुभव)	˜600	740	470	550	590
आर एस, ओम/वर्ग (एच 2 ओ के बाद 45 मिनट के लिए 1050 डिग्री सेल्सियस पर एन 2 में डोपिंग प्रयोग)	6,9	4,8	5,1	5,8	5,4
टी, (एच 2 ओ के बाद 45 मिनट के लिए 1050 डिग्री सेल्सियस पर एन 2 में डोपिंग अनुभव)	470	600	570	480	550
आर एस, ओम/वर्ग (प्रयोग	4,7	5,2	7,0	6,9	6,1
45 मिनट के लिए 1050 डिग्री सेल्सियस पर एन 2 में डोपिंग, फिर 3 घंटे के लिए 775 डिग्री सेल्सियस पर ओ 2 को गीला करें)		6,1
टी, (एन 2 एट में डोपिंग अनुभव	4190	3850	3820	3895	4025
45 मिनट के लिए 1050°C, फिर 3 घंटे के लिए 775°C पर O2 को गीला करें)		3990

जैसा कि तालिका 2 में दिखाया गया है, सभी स्रोतों के लिए एन 2 में डोप किए जाने पर जमा ग्लास फिल्म की मोटाई औसतन लगभग 590 है। नम ऑक्सीजन में स्रोतों का उपयोग करने के बाद एन 2 में डोप किए जाने पर औसत फिल्म की मोटाई लगभग 530 होती है। फिल्म की मोटाई में 60 की कमी को छोटा माना जाता है और यह दर्शाता है कि डोपेंट स्रोत 3-6 घंटे तक आर्द्र ऑक्सीजन के संपर्क में रहने के बाद भी सिलिकॉन को प्रभावी ढंग से डोप करना जारी रखते हैं।

परतों की मापी गई सतह प्रतिरोधकता लगभग 5-6 ओम/वर्ग की सीमा में है। ये सतह प्रतिरोधकताएँ एकल स्रोत का उपयोग करके 45 मिनट के लिए 1050 डिग्री सेल्सियस पर जमाव के लिए अपेक्षित सीमा में हैं। (जब सिलिकॉन को डोप करने के लिए केवल एक स्रोत का उपयोग किया जाता है, तो परत की शीट प्रतिरोधकता आमतौर पर तीन या अधिक स्रोतों का उपयोग करने की तुलना में अधिक होती है)।

सभी सिलिकॉन वेफर्स 1050 डिग्री सेल्सियस पर 45 मिनट के लिए जमाव के दौरान लगभग समान मात्रा में ग्लास विकसित करते हैं और इसके बाद 775 डिग्री सेल्सियस पर आर्द्र ऑक्सीजन में 3 घंटे तक जमा होते हैं। औसत फिल्म की मोटाई 3960 है। डोप्ड और ऑक्सीकृत सिलिकॉन वेफर परतों की सतह प्रतिरोधकता लगभग 6 ओम/वर्ग है, जो एकल डोपेंट स्रोत का उपयोग करते समय अपेक्षित सीमा के भीतर भी है। ऐसे प्रयोगात्मक आंकड़ों से संकेत मिलता है कि शुष्क नाइट्रोजन में दुर्लभ पृथ्वी मेटाफॉस्फेट स्रोतों के साथ डोपिंग और दुर्लभ पृथ्वी मेटाफॉस्फेट स्रोतों के लिए नम ऑक्सीजन में कम तापमान ऑक्सीकरण एल्यूमीनियम मेटाफॉस्फेट स्रोत के लिए प्राप्त परिणामों के समान परिणाम उत्पन्न करता है।

यह आविष्कार सिलिकॉन वेफर को तेजी से ऑक्सीकरण करने की एक विधि भी प्रदान करता है। आमतौर पर, 775 डिग्री सेल्सियस पर भाप में 3 घंटे के बाद बिना ढके सिलिकॉन वेफर पर ऑक्साइड की मोटाई 1000 से कम होगी। जब लगभग 1050°C पर डोपिंग के बाद 775°C पर नम ऑक्सीजन या पाइरोजेनिक भाप में ऑक्सीकरण किया जाता है, तो उसी ऑक्सीकरण समय के दौरान ऑक्साइड की मोटाई लगभग 4000 तक बढ़ सकती है। चूंकि सिलिकॉन की सतह फास्फोरस (प्रतिक्रियाशील और निष्क्रिय) के साथ भारी मात्रा में डोप की जाती है, इसलिए कम तापमान पर ऑक्सीकरण दर बहुत अधिक होती है, जो बिना डोप की गई सतह के ऑक्सीकरण की तुलना में आवश्यक ऑक्सीकरण समय को कम कर देती है। इतनी उच्च ऑक्सीकरण दर गैस डोपिंग के साथ भी हो सकती है, लेकिन प्रकाशित डेटा, जैसे एस. वोल्फ, आर. टाउबर, सिलिकॉन प्रोसेसिंग फॉर द वीएलएसआईएरा (लैटिस प्रेस 1986), खंड 1, पृष्ठ 214, ऐसा संकेत नहीं देते हैं। सिलिकॉन के मामले में उसी बढ़ी हुई ऑक्सीकरण दर के समान जिसे ठोस स्रोत से डोप किया गया है।

किसी भी सिद्धांत से बंधे रहने की इच्छा के बिना, यह माना जाता है कि 775°C पर ऑक्सीकरण दर में इस महत्वपूर्ण वृद्धि को आंशिक रूप से फॉस्फोरस डोप्ड सिलिकॉन सतह की बढ़ी हुई ऑक्सीकरण दर के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता है। ऑक्सीकरण दर में तेजी से वृद्धि आंशिक रूप से विद्युत रूप से निष्क्रिय फास्फोरस के कारण भी हो सकती है जो अक्सर सिलिकॉन वेफर्स की सतह पर मौजूद होता है जिसे उच्च तापमान जमाव चक्र में डोप किया गया है।

वर्तमान आविष्कार को एक ऐसी विधि के रूप में वर्णित किया गया है जो कुछ शर्तों के तहत किए जाने पर व्यावहारिक परिणाम उत्पन्न करती है। अन्य जमाव तापमान, ऑक्सीकरण तापमान और अन्य प्रतिक्रिया स्थितियों से सतह परत प्रतिरोधकता और ऑक्साइड मोटाई की एक श्रृंखला मिलने की उम्मीद है।

इस पूरे विनिर्देश में, जब वर्तमान आविष्कार की विशिष्ट विशेषताओं (जैसे, तापमान, दबाव, समय, आदि) के संबंध में स्थितियों की एक श्रृंखला या पदार्थों के समूह को परिभाषित किया जाता है, तो वर्तमान आविष्कार प्रत्येक विशिष्ट तत्व और उपश्रेणियों के संयोजन पर लागू होता है। और उपसमूह और स्पष्ट रूप से प्रत्येक विशिष्ट तत्व और उपअंतराल या उपसमूहों का संयोजन शामिल है। किसी विशेष अंतराल या समूह को अंतराल या समूह के प्रत्येक तत्व के साथ-साथ उनके द्वारा कवर किए गए प्रत्येक संभावित उप-अंतराल या उपसमूह को अलग से संदर्भित करने के एक संक्षिप्त तरीके के रूप में समझा जाना चाहिए; और इसी तरह किसी भी उपअंतराल और उपसमूह के लिए।

जबकि आविष्कार के एक विशिष्ट अवतार का विस्तार से वर्णन किया गया है, यह समझा जाना चाहिए कि आविष्कार की भावना या संलग्न दावों के दायरे से विचलित हुए बिना कला में कुशल लोगों द्वारा अन्य अवतारों का अभ्यास किया जा सकता है।

1. सिलिकॉन वेफर को डोपिंग करने की एक विधि, जिसमें वेफर की सतह पर फास्फोरस युक्त परत जमा करने के लिए पर्याप्त समय के लिए पहले तापमान पर फॉस्फोरस डोपेंट के ठोस स्रोत के स्थानिक संबंध में सिलिकॉन वेफर को रखने के चरण शामिल हैं; पहले तापमान से कम दूसरे तापमान पर गीली ऑक्सीकरण विधि द्वारा डोप्ड सिलिकॉन वेफर का ऑक्सीकरण करना; ऑक्सीकरण चरण के दौरान फॉस्फोरस डोपेंट के ठोस स्रोत के स्थानिक संबंध में सिलिकॉन वेफर को पकड़ना।

2. दावा 1 की विधि, जिसमें पहले और दूसरे तापमान का चयन करने का चरण भी शामिल है, ताकि ठोस फास्फोरस डोपेंट स्रोत पहले तापमान पर पी 2 ओ 5 जारी करे और दूसरा तापमान रिलीज को कम करने के लिए पहले तापमान से पर्याप्त रूप से कम हो। ऑक्सीकरण चरण के दौरान फॉस्फोरस डोपेंट के ठोस स्रोत से पी 2 ओ 5 का।

3. दावे 2 की विधि, जिसमें दूसरा तापमान लगभग 900°C से कम या उसके बराबर चुना जाता है।

4. दावा 3 की विधि, जिसमें दूसरा तापमान लगभग 600-900 डिग्री सेल्सियस की सीमा में चुना जाता है।

5. दावा 1 की विधि, जिसमें फॉस्फोरस डोपेंट के ठोस स्रोत को पी 2 ओ 5 जारी करने के लिए पर्याप्त पहले तापमान का चयन करने के चरण शामिल हैं; ऑक्सीकरण चरण के दौरान ठोस फास्फोरस डोपेंट स्रोत से पी 2 ओ 5 की रिहाई को कम करने के लिए पहले तापमान की तुलना में पर्याप्त रूप से कम दूसरे तापमान का चयन करना।

6. दावा 5 की विधि, जिसमें दूसरा तापमान लगभग 900°C से कम या उसके बराबर है।

7. दावा 6 की विधि, जिसमें दूसरा तापमान लगभग 600-900 डिग्री सेल्सियस की सीमा में चुना जाता है।

8. दावा 1 की विधि, जिसमें ठोस फॉस्फोरस डोपेंट स्रोत के स्थानिक संबंध में सिलिकॉन वेफर को पकड़ने के चरण में सिलिकॉन वेफर को ठोस फॉस्फोरस डोपेंट स्रोत के करीब और काफी हद तक समानांतर रखने का चरण भी शामिल है।

9. दावा 1 की विधि, जिसमें ऑक्सीकरण चरण के दौरान सिलिकॉन वेफर को फॉस्फोरस डोपेंट के ठोस स्रोत के करीब और काफी हद तक समानांतर रखने का चरण शामिल है।

10. दावा 9 की विधि, जिसमें पहले और दूसरे तापमान का चयन करने का चरण भी शामिल है, ताकि ठोस फास्फोरस डोपेंट स्रोत पहले तापमान पर पी 2 ओ 5 जारी करे और दूसरा तापमान रिलीज को कम करने के लिए पहले तापमान से पर्याप्त रूप से कम हो। ऑक्सीकरण चरण के दौरान फॉस्फोरस डोपेंट के ठोस स्रोत से पी 2 ओ 5 का।

11. दावा 10 की विधि, जिसमें दूसरा तापमान लगभग 600-900 डिग्री सेल्सियस की सीमा में चुना जाता है।

12. दावे 1 के अनुसार विधि में गीले ऑक्सीजन ऑक्सीकरण और पाइरोजेनिक भाप ऑक्सीकरण से गीले ऑक्सीकरण विधि का चयन करने का चरण शामिल है।

13. दावा 12 की विधि, जिसमें गीली ऑक्सीजन ऑक्सीकरण में विआयनीकृत पानी के माध्यम से बुदबुदाती ऑक्सीजन के साथ ऑक्सीकरण शामिल है।

14. दावा 1 की विधि, जिसमें उच्च तापमान पर विघटित होने वाले मिश्रधातु एजेंट के ठोस स्रोत का चयन करने का चरण भी शामिल है।

15. दावे 14 की विधि में एल्यूमीनियम मेटाफॉस्फेट डोपेंट स्रोत, दुर्लभ पृथ्वी मेटाफॉस्फेट डोपेंट स्रोत और दुर्लभ पृथ्वी पेंटाफॉस्फेट डोपेंट स्रोत से एक ठोस डोपेंट स्रोत का चयन करने का चरण शामिल है।

16. एक सिलिकॉन वेफर को डोपिंग करने की एक विधि, जिसमें सिलिकॉन वेफर और फॉस्फोरस डोपेंट के एक ठोस स्रोत को एक तापमान पर वाष्प-चरण प्रतिक्रिया में वाष्प-जमा पी 2 ओ 5 और एक बनाने के लिए पर्याप्त समय के लिए रखने के चरण शामिल हैं। सिलिकॉन वेफर की सतह पर इलेक्ट्रॉनिक चालकता परत; दूसरे तापमान पर नम ऑक्सीजन और पाइरोजेनिक वाष्प से चुने गए ऑक्सीकरण एजेंट के साथ डोप्ड सिलिकॉन वेफर को ऑक्सीकरण करना, सिलिकॉन वेफर की सतह पर एक पूर्व निर्धारित मोटाई वाली ऑक्साइड परत बनाने के लिए पर्याप्त समय के लिए, दूसरा तापमान पहले की तुलना में पर्याप्त रूप से कम होता है। ठोस डोपेंट स्रोत से पी 2 ओ 5 की रिहाई की दर को कम करने के लिए तापमान, जबकि ऑक्सीकरण चरण के दौरान सिलिकॉन वेफर को ठोस डोपेंट स्रोत के साथ वाष्प चरण में रखा जाता है।

17. दावा 16 की विधि, जिसमें दूसरा तापमान लगभग 600-900 डिग्री सेल्सियस की सीमा में चुना जाता है।

18. दावे 17 की विधि, जिसमें सिलिकॉन वेफर की सतह पर लगभग 4000 Å की मोटाई वाली ऑक्साइड परत बनाने के लिए ऑक्सीकरण चरण लगभग 775 डिग्री सेल्सियस पर लगभग 3 घंटे तक किया जाता है।

19. दावा 16 की विधि, जिसमें उच्च तापमान पर विघटित होने वाले ठोस डोपेंट स्रोत का चयन करने का चरण शामिल है, जिसमें डोपेंट स्रोत को एल्यूमीनियम मेटाफॉस्फेट डोपेंट स्रोत, एक दुर्लभ पृथ्वी मेटाफॉस्फेट डोपेंट स्रोत और दुर्लभ पृथ्वी पर आधारित एक से चुना जाता है। पेंटाफॉस्फेट.

20. सिलिकॉन वेफर को डोपिंग करने की एक विधि, जिसमें सिलिकॉन वेफर और फॉस्फोरस डोपेंट के एक ठोस स्रोत को वाष्प जमाव पी 2 ओ 5 के करीब एक तापमान पर और एन-प्रकार के इलेक्ट्रॉनिक बनाने के लिए पर्याप्त समय तक रखने के चरण शामिल हैं। सिलिकॉन वेफर की सतह पर चालकता परत; दूसरे तापमान पर नम ऑक्सीजन और पाइरोजेनिक भाप से चुने गए ऑक्सीकरण एजेंट के साथ डोप्ड सिलिकॉन वेफर को ऑक्सीकरण करना, दूसरा तापमान पहले तापमान से कम होना; ऑक्सीकरण चरण के दौरान सिलिकॉन वेफर को फॉस्फोरस डोपेंट के ठोस स्रोत के करीब रखना।

21. दावा 20 की विधि में ऑक्सीकरण चरण के दौरान ठोस डोपेंट स्रोत से पी 2 ओ 5 की रिहाई को काफी कम करने के लिए पहले तापमान की तुलना में पर्याप्त रूप से कम दूसरे तापमान का चयन करने का चरण शामिल है।

22. दावा 21 की विधि, जिसमें दूसरा तापमान लगभग 600-900 डिग्री सेल्सियस की सीमा में चुना जाता है।

23. दावा 21 की विधि, जिसमें सिलिकॉन वेफर पर पूर्व निर्धारित मोटाई की ऑक्साइड परत बनाने के लिए ऑक्सीकरण चरण को दूसरे तापमान पर पर्याप्त समय के लिए किया जाता है।

24. दावा 23 की विधि, जिसमें सिलिकॉन वेफर की सतह पर लगभग 4000 Å की मोटाई वाली ऑक्साइड परत बनाने के लिए ऑक्सीकरण चरण को दूसरे तापमान पर पर्याप्त समय के लिए किया जाता है।

25. दावा 20 की विधि, जिसमें उच्च तापमान पर विघटित होने वाले ठोस डोपेंट स्रोत का चयन करने का चरण शामिल है, जिसमें डोपेंट स्रोत को एल्यूमीनियम मेटाफॉस्फेट डोपेंट स्रोत, एक दुर्लभ पृथ्वी मेटाफॉस्फेट डोपेंट स्रोत और एक एल्यूमीनियम मेटाफॉस्फेट डोपेंट से चुना जाता है। स्रोत। दुर्लभ पृथ्वी पेंटाफॉस्फेट पर आधारित।

26. सिलिकॉन वेफर को डोपिंग करने की एक विधि, जिसमें सिलिकॉन वेफर की सतह पर फास्फोरस युक्त परत जमा करने के लिए पर्याप्त समय के लिए पहले तापमान पर फॉस्फोरस डोपेंट के ठोस स्रोत के स्थानिक संबंध में सिलिकॉन वेफर को रखने के चरण शामिल हैं। ; पहले तापमान से कम दूसरे तापमान पर गीले ऑक्सीकरण द्वारा डोप्ड सिलिकॉन वेफर का ऑक्सीकरण करना; ऑक्सीकरण चरण के दौरान फॉस्फोरस डोपेंट के ठोस स्रोत के स्थानिक संबंध में सिलिकॉन वेफर को पकड़ना।

27. दावा 26 की विधि, जिसमें जमाव चरण के दौरान ठोस फॉस्फोरस डोपेंट स्रोत को पी 2 ओ 5 जारी करने के लिए पर्याप्त पहले तापमान का चयन करने और रिलीज को कम करने के लिए पहले तापमान की तुलना में पर्याप्त रूप से कम दूसरे तापमान का चयन करने के चरण शामिल हैं। ऑक्सीकरण चरण के दौरान फॉस्फोरस डोपेंट के ठोस स्रोत से पी 2 ओ 5।

28. दावा 27 की विधि, जिसमें दूसरा तापमान लगभग 900°C से कम या उसके बराबर है।

29. दावा 28 की विधि, जिसमें दूसरा तापमान लगभग 600-900 डिग्री सेल्सियस की सीमा में चुना जाता है।

30. दावा 26 की विधि, जिसमें ठोस फॉस्फोरस डोपेंट स्रोत के स्थानिक संबंध में सिलिकॉन वेफर को पकड़ने के चरण में सिलिकॉन वेफर को ठोस फॉस्फोरस डोपेंट स्रोत के करीब और काफी हद तक समानांतर रखने का चरण भी शामिल है।

31. दावे 26 के अनुसार विधि, जिसमें गीली ऑक्सीजन ऑक्सीकरण और पाइरोजेनिक भाप ऑक्सीकरण से गीली ऑक्सीकरण विधि का चयन करने का चरण शामिल है।

32. दावा 31 की विधि, जिसमें ऑक्सीकरण चरण के दौरान सिलिकॉन वेफर को ठोस फॉस्फोरस डोपेंट स्रोत के करीब और काफी हद तक समानांतर रखने का चरण शामिल है।

33. दावा 32 की विधि, जिसमें पहले और दूसरे तापमान का चयन करने का चरण भी शामिल है, ताकि ठोस फास्फोरस डोपेंट स्रोत पहले तापमान पर पी 2 ओ 5 जारी करे और दूसरा तापमान रिलीज को कम करने के लिए पहले तापमान से पर्याप्त रूप से कम हो। ऑक्सीकरण चरण के दौरान फॉस्फोरस डोपेंट के ठोस स्रोत से पी 2 ओ 5 का।

34. दावा 33 की विधि, जिसमें दूसरा तापमान लगभग 600-900 डिग्री सेल्सियस की सीमा में चुना जाता है।

35. दावा 26 की विधि, जिसमें एल्यूमीनियम मेटाफॉस्फेट डोपेंट स्रोत, एक दुर्लभ पृथ्वी मेटाफॉस्फेट डोपेंट स्रोत, और एक दुर्लभ पृथ्वी पेंटाफॉस्फेट डोपेंट स्रोत से एक ठोस डोपेंट स्रोत का चयन करने का चरण शामिल है।

36. सिलिकॉन वेफर पर ऑक्साइड परत उगाने की एक विधि, जिसमें डोप किए गए सिलिकॉन वेफर के गीले ऑक्सीकरण का चरण शामिल होता है, जो फॉस्फोरस डोपेंट के ठोस स्रोत से पी 2 ओ 5 की रिहाई की दर को काफी कम करने के लिए पर्याप्त होता है। गीले ऑक्सीकरण चरण के दौरान सिलिकॉन वेफर के साथ वाष्प-चरण की बातचीत।

37. दावा 36 की विधि, जिसमें गीला ऑक्सीकरण तापमान लगभग 900°C से कम या उसके बराबर चुना जाता है।

38. दावा 37 की विधि, जिसमें गीला ऑक्सीकरण तापमान लगभग 600-900 डिग्री सेल्सियस की सीमा में चुना जाता है।

39. दावा 36 की विधि, जिसमें गीले ऑक्सीकरण चरण में आगे डोप्ड सिलिकॉन वेफर को गीले ऑक्सीजन और पायरोजेनिक भाप से चुने गए ऑक्सीकरण एजेंट के संपर्क में लाने का चरण शामिल है।

40. दावा 36 की विधि, जिसमें गीले ऑक्सीकरण चरण के लिए तापमान और समय का चयन करने का चरण भी शामिल है, जो डोप्ड सिलिकॉन वेफर की सतह पर पूर्व निर्धारित मोटाई वाली ऑक्साइड परत बनाने के लिए पर्याप्त है।

41. दावा 40 की विधि, जिसमें गीला ऑक्सीकरण तापमान लगभग 600-900 डिग्री सेल्सियस की सीमा में चुना जाता है।

42. दावा 41 की विधि, जिसमें गीला ऑक्सीकरण चरण लगभग 3 घंटे के लिए लगभग 775 डिग्री सेल्सियस पर किया जाता है।

43. दावा 36 की विधि, जिसमें डोपेंट के ठोस स्रोत के साथ वाष्प चरण प्रतिक्रिया में सिलिकॉन वेफर को गर्म करके डोप्ड सिलिकॉन वेफर का उत्पादन करने का चरण शामिल है।

44. दावा 43 की विधि, जिसमें एल्यूमीनियम मेटाफॉस्फेट डोपेंट स्रोत, एक दुर्लभ पृथ्वी मेटाफॉस्फेट डोपेंट स्रोत, और एक दुर्लभ पृथ्वी पेंटाफॉस्फेट डोपेंट स्रोत से एक ठोस डोपेंट स्रोत का चयन करने का चरण शामिल है।

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आविष्कार उपकरण बनाने से संबंधित है और इसका उपयोग सिलिकॉन मोनोक्रिस्टलाइन सब्सट्रेट्स पर माइक्रोमैकेनिकल उपकरणों के संरचनात्मक तत्वों के निर्माण के लिए किया जा सकता है, अर्थात् माइक्रोमैकेनिकल सेंसर के लोचदार तत्व, उदाहरण के लिए इंटीग्रल एक्सेलेरोमीटर के संवेदनशील पेंडुलम तत्वों के निलंबन।

यह आविष्कार विशेष रूप से सौर फोटोवोल्टिक कोशिकाओं (एसपीवी) में ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के निर्माण की तकनीक से संबंधित है।

फॉस्फोरस के साथ सिलिकॉन को डोपिंग करने और भाप की उपस्थिति में सिलिकॉन पर ऑक्साइड बढ़ाने की विधि

वीवीआर-टीएस अनुसंधान परमाणु रिएक्टर का उपयोग करने वाला कार्य का दूसरा उच्च तकनीक क्षेत्र परमाणु (न्यूट्रॉन ट्रांसम्यूटेशन) डोपिंग और अर्धचालक सामग्रियों का विकिरण संशोधन है।

यह सर्वविदित है कि अर्धचालक सिलिकॉन को वांछित विद्युत गुण प्रदान करने के लिए, क्रिस्टल में अशुद्धता परमाणुओं को पेश करना आवश्यक है। इसके लिए एक आवश्यक शर्त क्रिस्टल के संपूर्ण आयतन में अशुद्धता परमाणुओं के वितरण की एकरूपता है, जो बदले में, विद्युत प्रतिरोधकता के वितरण की एकरूपता सुनिश्चित करती है। पारंपरिक डोपिंग विधियां एकल क्रिस्टल की मात्रा में डोपेंट के वितरण की एकरूपता का आवश्यक स्तर प्रदान नहीं कर सकती हैं, खासकर जब बड़े एकल क्रिस्टल बढ़ रहे हों। केवल परमाणु (न्यूट्रॉन-ट्रांसम्यूटेशन) डोपिंग की विधि उच्च गुणवत्ता वाले एकल-क्रिस्टलीय सिलिकॉन प्राप्त करना संभव बनाती है जो गुणों की एकरूपता, स्थिरता और प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्यता के संदर्भ में पावर इलेक्ट्रॉनिक्स और इलेक्ट्रिक पावर इंजीनियरिंग की आधुनिक आवश्यकताओं को पूरा करती है।

यह विधि परमाणु परिवर्तनों पर आधारित है जो सिलिकॉन -30 आइसोटोप के नाभिक द्वारा थर्मल न्यूट्रॉन को पकड़ने के दौरान होती है, जिसके बाद एक सिलिकॉन एकल क्रिस्टल में आइसोट्रोपिक रूप से वितरित फॉस्फोरस -31 डोपेंट का निर्माण होता है।

परमाणु (न्यूट्रॉन-ट्रांसम्यूटेशन) डोपिंग की घरेलू तकनीक वीवीआर-टीएस अनुसंधान रिएक्टर के आधार पर विकसित की गई थी।

लंबे एकल-क्रिस्टलीय सिलिकॉन वर्कपीस को विकिरणित करने के लिए बुनियादी तरीके विकसित किए गए हैं, जो कि डोपेंट के आधार पर एक समान और सटीक "परिचय" सुनिश्चित करते हैं।
विकिरण क्षेत्र के पैरामीटर और उपयोग किए गए परमाणु रिएक्टर के प्रकार की डिज़ाइन विशेषताएं: स्थैतिक मोड, एक साथ घूर्णन के साथ कंटेनर की पारस्परिक गति, एक साथ घूर्णन के साथ कोर के साथ कंटेनरों के एक स्तंभ का निरंतर मार्ग, प्रसंस्करण के बाद के तरीके और एनीलिंग मोड विकिरणित क्रिस्टल. वर्तमान में, पोस्ट-प्रोसेसिंग ऑपरेशन के पूरे चक्र के साथ 85 मिमी तक के व्यास वाले सिलिकॉन सिल्लियों के विकिरण के लिए एक लाइन है। पिंड के व्यास पर अशुद्धता परमाणुओं के समान वितरण से विचलन 3-5% से अधिक नहीं होता है। डोपिंग की डिग्री के आधार पर विद्युत प्रतिरोधकता, जो न्यूट्रॉन प्रवाह द्वारा निर्धारित होती है, 15 से 600 ओम * सेमी तक होती है। अल्पसंख्यक आवेश वाहकों का जीवनकाल 100 μs से अधिक होता है।

NIFKhI शाखा का न्यूक्लियर-डॉप्ड सिलिकॉन (YALS) कई विदेशी कंपनियों द्वारा प्रमाणित है: वेकर, फ़्रीबर्गर (जर्मनी), टॉप्सिल (डेनमार्क), SKD (चेक गणराज्य)। उनमें से कुछ के लिए, हम अनुबंध के आधार पर नियमित डिलीवरी करते हैं।

साथ ही, वीवीआर-टीएस रिएक्टर के आधार पर, परमाणु लेजर के उत्पादन के लिए दो नई तकनीकी लाइनें बनाई जा रही हैं: फोटोडिटेक्टरों और डिटेक्टरों के लिए 105 मिमी तक के व्यास के साथ अत्यधिक शुद्ध मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन डोपिंग के लिए एक लाइन परमाणु और ब्रह्मांडीय विकिरण, और 156 मिमी तक के व्यास के साथ परमाणु लेजर के उत्पादन के लिए एक लाइन।

दूसरा अर्धचालक पदार्थ जिसके लिए डोपिंग और संशोधन तकनीक विकसित की गई है वह गैलियम आर्सेनाइड है। डोपिंग विधि परमाणु प्रतिक्रियाओं पर आधारित है:

न्यूक्लियर-डोप्ड गैलियम आर्सेनाइड का उपयोग सौर ऊर्जा और माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स में किया जाता है, और इसका उपयोग विकिरण डिटेक्टरों के निर्माण के लिए भी किया जाता है।

अर्ध-इन्सुलेटिंग गैलियम आर्सेनाइड का विकिरण संशोधन विकिरण स्थितियों और उसके बाद के ताप उपचार के इष्टतम संयोजन पर आधारित है। इसी समय, क्रिस्टल की मात्रा पर विद्युत और ऑप्टिकल गुणों की विविधता कई गुना कम हो जाती है और 5% से अधिक नहीं होती है, और सामग्री की थर्मल स्थिरता और विकिरण स्थिरता बढ़ जाती है। उसी विधि का उपयोग करके, 10.6 माइक्रोन की तरंग दैर्ध्य पर 60 से कम के ऑप्टिकल अवशोषण गुणांक के साथ गैलियम आर्सेनाइड प्राप्त करना संभव है, जो मूल की तुलना में दो गुना कम है। इस सामग्री का उपयोग लेजर के ऑप्टिकल सिस्टम के लिए किया जाता है। इस सामग्री के नमूने कई अमेरिकी कंपनियों द्वारा प्रमाणित किए गए हैं, जिनके साथ उत्पादों की बाद की डिलीवरी के साथ उत्पादन तकनीक के निर्माण के लिए एक अनुबंध संपन्न किया गया है।

YALK की तकनीकी विशेषताएं, NIFHI की शाखा में विकसित तकनीक का उपयोग करके उत्पादित की गईं। एल.या. कार्पोवा.

शुद्ध अमिश्रित अर्धचालक अर्धचालक उपकरणों के निर्माण के लिए प्रारंभिक सामग्री है। इसमें एक इलेक्ट्रॉन-छेद संक्रमण बनाया जाता है, जो विभिन्न चालकता वाले क्षेत्रों के जंक्शन पर होता है, जो वर्तमान को सुधारना और बढ़ाना, विभिन्न प्रकार की ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करना आदि संभव बनाता है।

एकल क्रिस्टल में एक निश्चित चालकता प्राप्त करने के लिए, शुद्ध जर्मेनियम या सिलिकॉन की विशेष डोपिंग का उपयोग किया जाता है। मिश्र धातु तत्वों को सूक्ष्म खुराक में पेश किया जाता है, उनकी सामग्री अधिक नहीं होती है

अर्धचालक उपकरणों के लिए, वेफर्स का उपयोग किया जाता है जिसमें एक निश्चित चालकता के डोप्ड थोक एकल क्रिस्टल काटे जाते हैं। ऐसे उपकरणों की स्थिर प्रदर्शन विशेषताओं के लिए, एकल क्रिस्टल में इसकी पूरी लंबाई के साथ एक समान चालकता होनी चाहिए, यानी डोपेंट अशुद्धियों का एक समान वितरण होना चाहिए।

डोपिंग अशुद्धता के साथ शुद्ध अर्धचालक के पिघल से एकल क्रिस्टल निकालने की विधि जर्मेनियम और सिलिकॉन के डोप किए गए एकल क्रिस्टल के उत्पादन के तरीकों में से एक है।

मिश्रधातु की अशुद्धियों का वितरण गुणांक मान छोटा होना चाहिए। केवल इस मामले में जब

चावल। 17.19. एकल क्रिस्टल का ज़ोन संरेखण

जब पिघल को मिश्र धातु की अशुद्धता से समृद्ध किया जाता है, तो बढ़ते एकल क्रिस्टल की संरचना इसकी लंबाई के साथ थोड़ी बदल जाती है और ड्राइंग गति को कम करके इसे समतल किया जा सकता है।

जैसे-जैसे ड्राइंग की गति कम होती जाती है, वितरण गुणांक घटता जाता है (चित्र 17.16 देखें)। इसका उपयोग करके, आप पिघल से एकल क्रिस्टल को बढ़ने की प्रक्रिया शुरू कर सकते हैं। अर्धचालक परमाणुओं के नुकसान के कारण पिघल में डोपेंट की एकाग्रता में वृद्धि की भरपाई करने के लिए, समय के साथ ड्राइंग की गति थोड़ी कम हो जाती है। . इससे K में कमी आती है और बढ़ते एकल क्रिस्टल में डोपेंट की स्थिरता सुनिश्चित होती है।

तालिका 17.7. शुद्ध और डोप्ड जर्मेनियम और सिलिकॉन के गुण

बैंड इक्वलाइज़ेशन विधि (चित्र 17.19) का उपयोग उनकी लंबाई के साथ समान चालकता वाले डोप्ड एकल क्रिस्टल प्राप्त करने के लिए भी किया जाता है।

बीज के साथ शुद्ध एकल क्रिस्टल को निर्वात कक्ष में रखा जाता है। बीज के पिघलने के बाद, प्रारंभ करनेवाला को स्थिर गति से दाईं ओर ले जाया जाता है। पिघले हुए क्षेत्र में एक मिश्र धातु की अशुद्धता पेश की जाती है।

सूत्र (17.3) से यह पता चलता है कि छड़ में अशुद्धता सांद्रता की स्थिरता कम K पर प्राप्त की जाएगी, यदि मिश्र धातु की अशुद्धता को बड़ी मात्रा में इसमें पेश किया जाता है और प्रक्रिया के दौरान इसका नुकसान नगण्य है। K के उच्च मान पर (चित्र 17.19 देखें), पिघल तेजी से समाप्त हो जाता है, जिससे एकल क्रिस्टल में अशुद्धियों में कमी आती है।

डोपिंग की डिग्री, साथ ही शुद्धिकरण की डिग्री, विद्युत प्रतिरोध को बदलकर नियंत्रित की जाती है। चालकता के प्रकार, जीवनकाल या प्रसार लंबाई को निर्धारित करने के लिए विशेष तरीकों का उपयोग किया जाता है। मापा मापदंडों को डोप्ड अर्धचालकों के ग्रेड में दर्शाया गया है।

शुद्ध और डोप्ड जर्मेनियम और सिलिकॉन के कुछ ग्रेड तालिका में दिए गए हैं। 17.7. चिह्न में पहला नंबर विद्युत प्रतिरोध के मूल्य को इंगित करता है, और दूसरा - प्रसार लंबाई एल।

-संक्रमण प्राप्त करने के लिए, प्रसार या मिश्र धातु-प्रसार का उपयोग करें

ग्लो डिस्चार्ज में तरीके और आयन डोपिंग।

प्रसार विधि के साथ, गैस चरण से प्रसार के परिणामस्वरूप डोपेंट अर्धचालक वेफर में प्रवेश करता है, जिसमें डोपेंट होता है। इस प्रकार, दाता अशुद्धता - फास्फोरस को छिद्रित जर्मेनियम में फैलाने के लिए, एक यौगिक का उपयोग किया जाता है, जो गर्म होने पर वाष्पित हो जाता है, आर्गन प्रवाह द्वारा उच्च तापमान के साथ प्रसार क्षेत्र में स्थानांतरित हो जाता है और सक्रिय परमाणु फास्फोरस बनाने के लिए वहां अलग हो जाता है।

वेफर की सतह पर, फास्फोरस अर्धचालक परमाणुओं के साथ संपर्क करता है और जर्मेनियम में फैल जाता है, जिससे इसके साथ एक संस्थागत ठोस समाधान बनता है। डोपेंट परमाणुओं के प्रसार की संभावना अर्धचालक में बिंदु दोष (रिक्तियों) की उपस्थिति के कारण होती है।

यह विधि मुख्य विशेषताओं की अच्छी प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्यता देती है, जो बड़े पैमाने पर उत्पादन में इसके उपयोग की अनुमति देती है। इसके अलावा, यह प्रविष्ट पदार्थों के विभिन्न प्रसार गुणांकों का उपयोग करके अशुद्धियों को एक साथ प्रविष्ट करना संभव बनाता है। जब एक दाता अशुद्धता -चालकता के साथ जर्मेनियम प्लेट में फैलती है, तो सतह से कुछ दूरी पर एक -संक्रमण होता है (चित्र 17.20)। प्रक्रिया के तापमान और धारण समय को बदलकर, किसी भी गहराई पर संक्रमण प्राप्त करना संभव है।

चावल। 17.20. जर्मेनियम-प्रकार में सुरमा के प्रसार द्वारा -संक्रमण का निर्माण

चावल। 17.21. एंटीमनी और गैलियम के जर्मेनियम-प्रकार में प्रसार द्वारा -संक्रमण का निर्माण

प्रसार विधि आपको एक ही प्लेट में एक साथ कई-जंक्शन प्राप्त करने की अनुमति देती है। इस मामले में, गैसीय माध्यम में दाता और स्वीकर्ता दोनों अशुद्धियाँ होनी चाहिए। जर्मेनियम के लिए दाता अशुद्धियों का प्रसार गुणांक स्वीकर्ता अशुद्धियों की तुलना में अधिक है। इसके विपरीत, सिलिकॉन में स्वीकर्ता अशुद्धियाँ तेजी से फैलती हैं। चित्र में. चित्र 17.21 छेद जर्मेनियम में स्वीकर्ता और दाता अशुद्धियों के प्रसार को दर्शाता है। दाता अशुद्धता की प्रसार दर अधिक है, और इसलिए यह अधिक गहराई तक फैली हुई है। इस विधि से बाहरी परत में अशुद्धियों का वितरण असमान होता है। इसके अलावा, -ट्रांज़िशन के पास, अशुद्धता एकाग्रता सुचारू रूप से बदलती है, जिससे डिवाइस की विशेषताएं खराब हो जाती हैं। मिश्र धातु-प्रसार विधि द्वारा जर्मेनियम या सिलिकॉन पर उत्पन्न संक्रमण इन नुकसानों से मुक्त है।

मिश्र धातु-प्रसार विधि में, गैलियम (स्वीकर्ता) के साथ मिश्रित सीसा-आधारित मिश्र धातु की एक गेंद को -चालकता वाली जर्मेनियम प्लेट पर रखा जाता है।

चावल। 17.22. मिश्र धातु-प्रसार विधि का उपयोग करके जर्मेनियम में -संक्रमण के गठन की योजना