Verfahren und Analysemethoden der MST
Vorlesung 5
Vorlesung 5
Welche Verfahrensklassen zur Erzeugung dünner Schichten kennen Sie?
- Umwandlung
- Abscheiden
Was versteht man unter einem Donator? Nennen Sie ein Beispiel.
Was versteht man unter einem Akzeptor? Nennen Sie ein Beispiel.
Beschreiben Sie die n-Dotierung von Silicium.
Dotieratome der 5ten Hauptgruppe geben ein Elektron ab
Elektronenüberschuss
n-Leiter (negativ- charge) oder n-Typ Si
Beschreiben Sie die p-Dotierung von Silicium.
Dotieratome der 3ten Hauptgruppe fangen ein Elektron ein. Elektronenleerstelle (Loch) wird erzeugt, diese sind frei beweglich
p-Leiter oder p-Dotierung (positive charge)
p-Typ Si
Erklären Sie den Begriff Fermi-Energie.
Energie die ernergiereichstes Elektron im Valenzband bei 0K hat
Skizzieren Sie Valenzband und Leitungsband bei Metallen, Isolatoren und Halbleitern im Energiediagramm
Siehe Grafik
Skizzieren Sie das Ferminiveau bei intrinsischen, p-dotierten und n-dotierten Halbleitern im Energiediagramm
Siehe Grafik
Warum ist Gold eine kritische Verunreinigung von Silicium?
Es sitzt genau in Bandmitte zwischen Valenzband und Leitungsband (Zwischengitterplatz)
Nennen Sie Beispiele für Anwendungen des Dotierens in der Mikroelektronik und der MST.
Mikroelektronik: Dioden, Solarzellen, Laser
Gezielte Beeinflussung der elektischen Leitfähigkeit
MST: Drucksensor
Elektrochemischer Ätzstopp durch p+ Dotierung, definierte Änderung der elktrischen Leitfähigkeit
Nennen Sie Beispiele für Dotierverfahren
- Dotierung beim Kristallziehen
- Epitaxie
- Legieren
- Diffusion
- Ionenimplantation
Was versteht man unter dem Begriff Epitaxie?
Einkristalline Fortsetzung des Substrats durch additiven Schichtaufbau. Geordnetes Kristallwachstum auf einer Trägerschicht
Was versteht man unter dem eutektischen Punkt?
Punkt in dem eine homogene Mischphase direkt vom festen in den flüssigen Zustand übergeht. Schmelze besteht nicht aus verschiedenen Phasen
Wo liegt der eutektische Punkt im System Al-Si?
577°C
Welche beiden Verfahren unterscheidet man bei der Dotierung durch Diffusion?
- Diffusion aus unerschöpflicher Quelle
- Diffusion aus erschöpflicher Quelle
Skizzieren Sie das Dotierungsprofil bei Diffusion aus einer erschöpflichen Quelle.
Diffusion mit einer erschöpflichen Quelle bedeutet, dass der Dotierstoff nur begrenzt
zur Verfügung steht. Je länger der Diffusionsprozess andauert, umso geringer wird die
Konzentration an der Oberfläche; dafür steigt die Eindringtiefe in das Substrat. Der
Diffusionskoeffizient eines Stoffes gibt dabei an, wie schnell er sich im Kristall bewegt.
Arsen mit einem geringen Diffusionskoeffizienten dringt langsamer in das Substrat
ein, als bspw. Phosphor oder Bor
Skizzieren SIe das Dotierungsprofil bei Diffusion aus einer unerschöpflichen Quelle.
Der Dotierstoff steht hier unbegrenzt zur Verfügung. Die Konzentration an der Oberfläche
bleibt somit während des Vorgangs konstant, da Teilchen, die in das Substrat
eingedrungen sind, fortwährend nachgeliefert werden.
Nennen Sie den Hauptvorteil der thermischen Diffusion.
günstiger Prozess
Was ist der typische Ionenenergiebereich bei der Ionenimplantation?
10-400keV
Wodurch werden Schädigungen des Kristallgitters bei der Ionenimplantation teilweise aufgehoben?
Annealing (700-1000°C)
Was versteht man unter dem Begriff Streubirne?
Ionenimplantation: Streuprozesse werden statisch behandelt
Birnenförmiger Einwirkungsbereich wird beschrieben durch mittlere projizierte Reichweite, Streubreite und laterale Abweichung
Was versteht man unter dem Begriff Channeling?
Tunneln in den "Kanälen" des Einkristalls entlang bestimmter Kristallrichtungen können sich die Ionen mit wesentlich weniger Energieverlust ausbreiten
Durch welche Maßnahmen kann man das Chenneling bei der Ionenimplantation vermindern?
- Herausdrehen des Kristalls aus Einschusswinkel um 7-10°
- Abscheidung einer amorphen Oberflächenstreuschicht
- Einschuss einer Amorphisierungsdosis
Nennen Sie mindestens vier Vorteile des Dotierens durch Implantation.
- Dotierprofile haben steilere Flanken
- Dotierprofil kann durch Einschussenergie variiert werden
- Exakte Kotrolle durch Integration über Ionenstrom möglich
- Niedertemperaturprozess ermöglicht Maskierung durch Photoresist
- Implantationszeit im Bereich von Sekunden bis Minuten --> erhöhter Durchsatz
- Massenseperator stellt Reinheit des Dotierstoffs sicher
Nennen Sie die Nachteile des Dotierens durch Implantation.
- Nur in Oberflächen nahen Bereichen (1µm)
- Annealing kann durch Strahlenschäden Versetzungen, Defekte und amorphe Bereiche nicht vollständig beheben
Was versteht man unter dem Begriff Annealing?
Ausheilen
Was versteht man unter dem Begriff Tempern?
Substrat eine definierte Zeit einer definierten Temperatur aussetzen
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Lernkarten
Welche Verfahrensklassen zur Erzeugung dünner Schichten kennen Sie?
- Umwandlung
- Abscheiden
Was versteht man unter einem Donator? Nennen Sie ein Beispiel.
Was versteht man unter einem Akzeptor? Nennen Sie ein Beispiel.
Beschreiben Sie die n-Dotierung von Silicium.
Dotieratome der 5ten Hauptgruppe geben ein Elektron ab
Elektronenüberschuss
n-Leiter (negativ- charge) oder n-Typ Si
Beschreiben Sie die p-Dotierung von Silicium.
Dotieratome der 3ten Hauptgruppe fangen ein Elektron ein. Elektronenleerstelle (Loch) wird erzeugt, diese sind frei beweglich
p-Leiter oder p-Dotierung (positive charge)
p-Typ Si
Erklären Sie den Begriff Fermi-Energie.
Energie die ernergiereichstes Elektron im Valenzband bei 0K hat
Skizzieren Sie Valenzband und Leitungsband bei Metallen, Isolatoren und Halbleitern im Energiediagramm
Siehe Grafik
Skizzieren Sie das Ferminiveau bei intrinsischen, p-dotierten und n-dotierten Halbleitern im Energiediagramm
Siehe Grafik
Warum ist Gold eine kritische Verunreinigung von Silicium?
Es sitzt genau in Bandmitte zwischen Valenzband und Leitungsband (Zwischengitterplatz)
Nennen Sie Beispiele für Anwendungen des Dotierens in der Mikroelektronik und der MST.
Mikroelektronik: Dioden, Solarzellen, Laser
Gezielte Beeinflussung der elektischen Leitfähigkeit
MST: Drucksensor
Elektrochemischer Ätzstopp durch p+ Dotierung, definierte Änderung der elktrischen Leitfähigkeit
Nennen Sie Beispiele für Dotierverfahren
- Dotierung beim Kristallziehen
- Epitaxie
- Legieren
- Diffusion
- Ionenimplantation
Was versteht man unter dem Begriff Epitaxie?
Einkristalline Fortsetzung des Substrats durch additiven Schichtaufbau. Geordnetes Kristallwachstum auf einer Trägerschicht
Was versteht man unter dem eutektischen Punkt?
Punkt in dem eine homogene Mischphase direkt vom festen in den flüssigen Zustand übergeht. Schmelze besteht nicht aus verschiedenen Phasen
Wo liegt der eutektische Punkt im System Al-Si?
577°C
Welche beiden Verfahren unterscheidet man bei der Dotierung durch Diffusion?
- Diffusion aus unerschöpflicher Quelle
- Diffusion aus erschöpflicher Quelle
Skizzieren Sie das Dotierungsprofil bei Diffusion aus einer erschöpflichen Quelle.
Diffusion mit einer erschöpflichen Quelle bedeutet, dass der Dotierstoff nur begrenzt
zur Verfügung steht. Je länger der Diffusionsprozess andauert, umso geringer wird die
Konzentration an der Oberfläche; dafür steigt die Eindringtiefe in das Substrat. Der
Diffusionskoeffizient eines Stoffes gibt dabei an, wie schnell er sich im Kristall bewegt.
Arsen mit einem geringen Diffusionskoeffizienten dringt langsamer in das Substrat
ein, als bspw. Phosphor oder Bor
Skizzieren SIe das Dotierungsprofil bei Diffusion aus einer unerschöpflichen Quelle.
Der Dotierstoff steht hier unbegrenzt zur Verfügung. Die Konzentration an der Oberfläche
bleibt somit während des Vorgangs konstant, da Teilchen, die in das Substrat
eingedrungen sind, fortwährend nachgeliefert werden.
Nennen Sie den Hauptvorteil der thermischen Diffusion.
günstiger Prozess
Was ist der typische Ionenenergiebereich bei der Ionenimplantation?
10-400keV
Wodurch werden Schädigungen des Kristallgitters bei der Ionenimplantation teilweise aufgehoben?
Annealing (700-1000°C)
Was versteht man unter dem Begriff Streubirne?
Ionenimplantation: Streuprozesse werden statisch behandelt
Birnenförmiger Einwirkungsbereich wird beschrieben durch mittlere projizierte Reichweite, Streubreite und laterale Abweichung
Was versteht man unter dem Begriff Channeling?
Tunneln in den "Kanälen" des Einkristalls entlang bestimmter Kristallrichtungen können sich die Ionen mit wesentlich weniger Energieverlust ausbreiten
Durch welche Maßnahmen kann man das Chenneling bei der Ionenimplantation vermindern?
- Herausdrehen des Kristalls aus Einschusswinkel um 7-10°
- Abscheidung einer amorphen Oberflächenstreuschicht
- Einschuss einer Amorphisierungsdosis
Nennen Sie mindestens vier Vorteile des Dotierens durch Implantation.
- Dotierprofile haben steilere Flanken
- Dotierprofil kann durch Einschussenergie variiert werden
- Exakte Kotrolle durch Integration über Ionenstrom möglich
- Niedertemperaturprozess ermöglicht Maskierung durch Photoresist
- Implantationszeit im Bereich von Sekunden bis Minuten --> erhöhter Durchsatz
- Massenseperator stellt Reinheit des Dotierstoffs sicher
Nennen Sie die Nachteile des Dotierens durch Implantation.
- Nur in Oberflächen nahen Bereichen (1µm)
- Annealing kann durch Strahlenschäden Versetzungen, Defekte und amorphe Bereiche nicht vollständig beheben
Was versteht man unter dem Begriff Annealing?
Ausheilen
Was versteht man unter dem Begriff Tempern?
Substrat eine definierte Zeit einer definierten Temperatur aussetzen
