|
Реферат: Мир кристаллов (Химия)
Содержание.
Введение.
Стр.
1. Мир кристаллов.
1. Кристаллы льда и снега.
2. Кристаллы в облаках.
2. Признаки жизни кристалла.
1. Нулевые колебания.
3. Физические свойства кристаллов.
1. Что такое изотропия и анизотропия?
4. Заселение кристалла дефектами.
5. Жидкие кристаллы и ультразвук.
6. Заключение.
7. Библиографический список.
8. Библиографический список.
Бемеловский В.Д. «Эти удивительные жидкие кристаллы».
Волькенштейн Ф.Ф. «Атомы, блуждающие по кристаллу».
Гегузан Я.Е. «Живой кристалл».
Пикин С.А. «Жидкие кристаллы»
3. Физические свойства кристаллов.
Для кристалла данного класса можно указать симметрию его свойств.
Так кубические кристаллы изотропны в отношении прохождения света, электро и
теплопроводности, теплового расширения, но они анизотропные в отношении
упругих, электрооптических свойств. Наиболее анизотропные кристаллы низких
сингоний.
Все свойства кристаллов связаны между собой и обусловлены атомно -
кристаллической структурой, силами связи между атомами и энергетическим
спектром электронов. Некоторые свойства, например: электрические, магнитные
и оптические существенно зависят от распределения электронов по уровням
энергии. Многие свойства кристаллов решающим образом зависят не только от
симметрии, но и от количества дефектов (прочность, пластичность, окраска и
другие свойства).
3.1. Что такое изотропия и анизотропия?
Изотропия (от греческого isos – равный, одинаковый и tropos –
поворот, направление) независимость свойств среды от направления.
Анизотропия (от греческого anisos – неравный и tropos –
направление) зависимость свойств вещества от направления.
Введение.
Люди, посвящающие свою жизнь кристаллу, часто воспринимают его
живым. Во всяком случае, они говорят о нём как о живом существе.
Металловеды говорят об усталости металлического кристалла, о его
старении, способности отдыхать, издавать звуки.
Геологи говорят о памяти минерала, о его способности разумно
приспосабливаться к внешним условиям.
Учёные не заблуждаются по поводу умения кристалла толково
рассказывать свою биографию или обнаруживать эмоции, но атмосфера личного
отношения с природой придаёт поиску необходимую для них романтическую
окраску.
Жидким кристаллам не повезло. Хотя их открытие совпало с моментом,
когда закладывался фундамент здания современной физики, но только сейчас,
приподнимая это здание за угол, пытаются поставить жидкие кристаллы на своё
законное место. А их место именно в фундаменте! Ведь за всю историю, с
глубокой древности до наших дней, человеку не удавалось выйти за пределы
трёх понятий, описывающих, казалось бы, все состояния материи: газ, жидкое
и твёрдое тело.
Заслуга великого немецкого учёного заключалась в том, что он
усмотрел главный принцип развития: в единстве и борьбе противоположных
начал. Спустя столетия человек с большим трудом признал, что электрон – это
частица и волна одновременно, что масса и энергия едины, что свойства
кристалла и жидкости могут совместиться в одном веществе – жидком
кристалле.
Вместе с появлением электронных приборов с жидко кристаллическим
табло и циферблатными (часы, калькуляторы, электронные словари и т.д.),
наступил реносанс в физике и химии жидких кристаллов. Активно исследуется
их строение, во всех аспектах изучается тягучесть, создаются новые
вещества, в которых открывается множество необычных явлений, вызванных
действием внешних сил (электрического поля и т.д.)
Наше глубокое убеждение состоит в том, что как в науке о жидких
кристаллах, так и в технических аспектах, связанных с их применением, мы
стоим лишь в начале пути. И камень, случайно выкатившийся из фундамента
физики, будет поставлен на своё место.
2. Признаки жизни кристалла.
Жизнь кристаллов многокрасочна и не всеми красками каждый кристалл
обязан отсвечивать. Иные признаки жизни, вообще говоря, могут и не
обнаруживаться в кристалле по причине простой и очень уважительной: эти
признаки ему не свойственны. Существуют, однако, непременные признаки,
которых не быть в кристалле не может. Во-первых, если кристаллы находятся
при некоторой конечной температуре, составляющие его атомы или молекулы
обязаны совершать тепловые колебания. Лучше скажем так: они обязаны
участвовать в комбинированном колебательном движении всего ансамбля атомом,
образующих кристалл. Интенсивность этого движения растёт с температурой. Во-
вторых, атомы обязаны принимать участие ещё в иных колебания,
интенсивность которых от температуры не зависит. В- третьих, атомы в
кристалле, подчиняясь законам термодинамики, обязаны блуждать по решётке,
иногда меняя временные позиции осёдлости.
Попросту говоря, они обязаны диффундировать. И, в-четвёртых, все электроны,
имеющиеся в кристалле, обязаны непрерывно двигаться.
Люди разгадали те законы природы, которым подчиняются кристаллы,
обнаруживая различные «признаки жизни».
Мы должны восхищаться мудростью и проницательностью людей,
разгадавших эти законы.
2.1. Нулевые колебания.
В начале о термине «нулевые колебания». Речь идет о тех колебаниях
атомов кристаллической решетки, которые происходят тогда, когда температура
кристалла становится равной нулю. Они происходят и при иной, более высокой
температуре, одновременно с обычными, классическими колебаниями, которые
при нулевой температуре замереть. Классические – замирающие, а нулевые или
квантовые, остаются в чистом виде. Они не чувствительны к температуре! Они
неуничтожимы! Они – непременный признак жизни кристалла.
И так, один из неприятных признаков жизни кристалла – нулевые
колебания составляющих его атомов. Нам живущим в мире «нормальных условий»
и «классических» проявлений законов природы, легко воспринять факт
существования тепловых колебаний: более высокая температура колебания
активнее, при определённой температуре колебания могут стать настолько
активными, что кристалл расплавится.
Нулевые колебания себя обнаруживают во многих физических явлениях,
главным образом в так называемых «квантовых кристаллах», у которых
амплитуда нулевых колебаний велика.
Это – кристаллы, для которых характерна малая энергия связи, и
существуют они в области низких температур. Благодаря активным нулевым
колебаниям, эти кристаллы обладают аномальными механическими свойствами. А
недавно физики обнаружили, что в кристаллах изотопов Гелия вблизи,
происходит так называемая «квантовая диффузия», при которой коэффициент
диффузии растёт с понижением температуры. Удивительно? Удивительно, но
факт!
1. Мир кристаллов.
Кристаллы встречаются нам повсюду. Мы ходим по кристаллам, строим
из кристаллов, обрабатываем кристаллы на заводах, создам приборы и изделия
из кристаллов; проникаем в тайны строения кристаллов.
Что же такое кристалл?
Кристаллом называется тело, обладающее периодической атомной
молекулярной или ионной структурой.
1.1. Кристаллы льда и снега.
Кристаллы замерзающей воды, то есть лёд и снег, известны всем. Эти
кристаллы почти полгода покрывают необозримые пространства Земли, лежат на
вершинах гор и сползают с них ледниками, плавают айсбергами в океанах.
Ледяной покров реки, массив ледника или айсберга – это, конечно, не один
большой кристалл. Плотная масса льда обычно поликристаллическая, то есть
состоит из множества отдельных кристаллов; их не всегда различишь, потому
что они мелкие и все срослись вместе. Иногда эти кристаллы можно различить
в тающем льду.
Каждый отдельный кристаллик льда, каждая снежинка, хрупка и мала.
Часто говорят, что снег падает, как пух. Но даже это сравнение, можно
сказать, слишком «тяжёлое»: снежинка гораздо легче, чем пушинка. Десяток
тысяч снежинок составляют вес одной копейки. Но, соединяясь в огромных
количествах вместе, снежные кристаллы могут остановить поезд, образовав
снежные завалы.
1.2. Кристаллы в облаках.
Кристаллики льда могут в несколько минут погубить самолёт.
Обледенение – страшный враг самолётов – тоже результат роста кристаллов.
Здесь мы имеем дело с ростом кристаллов из переохлаждённых паров. В
верхних слоях атмосферы , водяные пары или капли воды, могут долго
сохранятся в переохлаждённом состоянии. Переохлаждение в облаках доходит до
- 30 єс.
Но как только в эти переохлаждённые облака врывается летящий
самолет, тотчас же начинается бурная кристаллизация. Мгновенно самолет
оказывается облепленным грудой, быстро растущих кристаллов льда.
4. Заселение кристалла дефектами.
Кристаллы заселён множеством различных дефектов. Дефекты как бы
оживляют кристалл. Благодаря наличию дефектов, кристалл обнаруживает
«память» о событиях, участником которых он стал или когда был, дефекты
помогают кристаллу «приспосабливаться» к окружающей среде.
Дефекты качественно меняют свойства кристаллов. Даже в очень малых
количествах, дефекты сильно влияют на те физические свойства, которые
совсем или почти отсутствуют в идеальном кристалле, являясь, как правило,
«энергетически выгодными», дефекты создают вокруг себя области повышенной
физико-химической активности.
1. Решеточные дефекты:
Решеточные дефекты подразделяются на вакансии, атомы внедрения и
примесные атомы.
Вакансией называется незанятый частицей узел кристаллической
структуры. Если пустой узел образуется в результате удаления частицы из
объёма кристалла на его поверхность, то вакансия называется - дефектом по
Шоттки.
Дефекты по Шоттки снижают плотность вещества в кристалле.
Они чаще встречаются в кристаллах с достаточно плотной упаковкой
частиц близких размеров. В этих случаях в междоузлиях кристаллической
структуры нет места для лишних частиц.
Если частица перемещается из узла в междоузлие, то такое нарушение
правильности решётки называется дефектом по Френкелю.
Дефекты по Френкелю на величину плотности практически не влияют.
Дефекты по Френкелю, наоборот, свойственны кристаллам с неплотными
упаковками и частицами по своим размерам.
2. Одномерные дефекты:
Одномерные дефекты кристаллической решетки называются дислокациями.
Дислокации нарушают правильное чередование кристаллических плоскостей.
Во многих кристаллах, особенно металлических, дислокации
сравнительно легко перемещаются и размножаются.
3. Двумерные дефекты:
Двумерные дефекты образуются границами кристалла. Границы нарушают
периодичность строения кристалла. Одним из важных дефектов кристаллической
структуры, является внешняя поверхность твердых тел. Во-первых, именно
через поверхность кристалл взаимодействует со своим окружением.
Во-вторых, частицы на поверхности связаны с решеткой значительно
слабее, чем частицы, находящиеся в объёме.
5. Жидкие кристаллы и ультразвук.
До сих пор мы рассматривали не свойства жидких кристаллов, которые
сегодня нашли воплощение в технических устройствах. Однако, как не
эффективны сегодняшние применения холестеринов, нематиков, смектиков,
перспективы их использования ещё более удивительны. Многообразие
мезоморфного состояния вещества позволяет предположить, что жидкие
кристаллы завтра вторгнутся в самые различные области деятельности
человека. Сейчас мы кратко рассмотрим, как взаимодействуют между собой
ультразвук и жидкие кристаллы.
Попадающая на жидкий кристалл звуковая волна, приводит к изменению
направления де ректора, что в свою очередь изменяет оптические свойства.
Это означает, что жидкие кристаллы способны делать видимые звуковые
колебания. Эти колебания создают периодические сдвиговые деформации слоя
жидкого тематического кристалла, меняя интенсивность проходящего
паиризованного света.
Жидкий кристалл отделяет ещё одно интересное применение. Медики и
физики уже давно изыскивают возможности наблюдения внутренних органов
человека, не подвергая его действию рентгеновского излучения.
Идея замены рентгеновского излучения ультразвуком возникла довольно
давно. Идея заманчива, ведь ультразвук для человеческого организма
совершенно безвреден. Однако, всё упиралось в трудности с регистрацией
ультразвукового потока, прошедшего тела пациента. И вот тут жидкие
кристаллы робко предложили свою помощь. Жидкие смектические кристаллы
оказались чувствительными к ультразвуку. При этом как уже отмечали,
нарушается молекулярная упаковка смектика, и оптическая картина этих
нарушений позволяет судить о состоянии внутренних органов человека.
Исследования, которые позволят увеличить чувствительность смектиков
к ультразвуку, только начинаются.
6. Заключение.
Повествование о живом и не умирающем не может быть завершено, его
можно лишь оборвать. Именно это я и вынуждена сделать, рассказав о «живом
жидком кристалле» лишь малую толику из того, что о нём известно.
Я попыталась рассказать о том, что такое кристаллы, каковы их
свойства, возможные применения.
Жидкие кристаллы, ещё далеко, далеко не распознаны. Нет пока
теории, которая бы смогла учить и объяснять все макроскопические свойства.
Ещё не все аналоги твердых кристаллических эфектов в жидких кристаллах
обнаружены.
Биологи только нащупывают подходы к изучению
жидкокристаллического состояния биологических объектов. Словом «белых
пятен» на кристаллической копии пока больше, чем исследованных. Эти «белые
пятна» ждут своих первооткрывателей.
В развитии каждой отрасли науки, если периоды открытий, забвений,
взлета не является исключением наука о кристаллах. И если период забвения
закончился, то взлёта кристаллы, видимо, не достигли. Если вначале взлёта
присутствовали элементы восторга, бума, то теперь пришло время оглянуться и
поразмыслить.
Реферат на тему: Моделирование процессов ионной имплантации
Московская Государственная Академия Тонкой Химической Технологии им. М. В.
Ломоносова.
________________________________________________________________
Кафедра ТПМ
КУРСОВАЯ РАБОТА
Тема: «Математическое моделирование ионно-имплантированных структур».
Руководитель Евгеньев С. Б.
Выполнил Гнездилов А. Л.
МОСКВА 1999г.
ПЛАН РАБОТЫ:
1. Общие сведения о процессе ионной имплантации.
2. Постановка задачи.
3. Математическая модель.
4. Программное обеспечение.
5. Техническое обеспечение.
6. Результаты расчета.
7. Заключение.
8. Литература.
Общие сведения о процессе ионной имплантации.
НАЗНАЧЕНИЕ ИОННОЙ ИМПЛАНТАЦИИ
Ионной имплантацией называется процесс внедрения в мишень ионизованных
атомов с энергией, достаточной для проникновения в ее приповерхностные
области. Успешное применение ионной имплантации определяется главным
образом возможностью предсказания и управления электрическими и
механическими свойствами формируемых элементов при заданных условиях
имплантирования.
Наиболее распространенным применением ИИ в технологии формирования
СБИС является процесс ионного легирования кремния. Часто приходится
проводить имплантацию атомов в подложку, которая покрыта одним или
несколькими слоями различных материалов. Ими могут быть как тонкие слои
тяжелых металлов (например, Та или TaSi2), так и диэлектриков.
Существование многослойной структуры способно вызвать резкие перепады в
профиле легирования на границе отдельных слоев. За счет столкновения ионов
с атомами приповерхностных слоев последние могут быть выбиты в более
глубокие области легируемого материала. Такие "осколочные эффекты" способны
вызвать ухудшение электрических характеристик готовых приборов.
Во многих случаях для получения необходимого профиля распределения
легирующей примеси в подложке применяют метод, основанный на
предварительной загонке ионов с их последующей термической разгонкой в
мишени. При этом имплантация проводится с малой энергией ионов.
Общая траектория движения иона называется длиной пробега R, а
расстояние, проходимое внедряемым ионом до остановки в направлении,
перпендикулярном к поверхности мишени, проецированной длиной пробега Rp.
СХЕМА УСТАНОВКИ
Схема установки для ионной имплантации приведена на рис. 1.
1 - источник ионов
2 - масс-спектрометр
3 - диафрагма
4 - источник высокого напряжения
5 - ускоряющая трубка
6 - линзы
7 - источник питания линз
8 - система отклонения луча по вертикали и система отключения луча
9 - система отклонения луча по горизонтали
10 - мишень для поглощения нейтральных частиц
11 - подложка
12 - электрометр
Магнитный масс-спектрометр предназначен для отделения ненужных ионов
от легирующих, электрометр - для измерения величины имплантированного
потока ионов. Маски для ИИ могут быть изготовлены из любых материалов,
используемых в технологии СБИС (фоторезист, нитриды, окислы, поликремний).
Управление дозой при ИИ затруднено рядом факторов. Это наличие потока
нейтральных частиц, обмен энергии ионов с молекулами газов, вторичная
электронная эмиссия из мишени, эфект обратного ионного распыления.
Для ликвидации последствий действия этих факторов используют следующие
технические приемы. Нейтральные молекулы отсеивают с помощью масс-
спектрометра (его магнитным полем не отклоняет нейтральные частицы и они не
попадают в апертурную диафрагму). Кроме того, в камере поддерживается
достаточно высокий вакуум, предотвращающий процесс нейтрализации ионов.
Вторичную электронную эмиссию подавляют, располагая около мишени ловушку
Фарадея.
От загрязнений поверхности кремния вследствие полимеризации
углеводородов ИИ проводят через окисную пленку, которую затем удаляют.
Профиль распределения примеси при ионной имплантации бора различных
энергий в кремний приведен на рис. 2. Для корректного теоретического
расчета профиля, особенно для больших значений энергий пучков ионов,
используют два объединенных распределения Гаусса
, где
D - поглощенная доза,
Rm - модальная длина пробега (аналог проекционной длины пробега при
Гауссовском распределении),
(R1, (R2 - флуктуации первого и второго распределения,
(Ri=(R1 при x>Rm, (Ri=(R2 при x 800 C
для устранения более сложных радиационных дефектов по сравнению с отжигом
слоев, имплантированных бором.
Когда имплантированный слой фосфора становится аморфным (при дозе выше
3*1014 см-2), начинает действовать другой механизм отжига. Температура
отжига при этом несколько меньше, чем для кристаллических слоев и
составляет 600 С. Более сложные процессы происходят при отжиге скрытых
слоев с аморфной структурой, расположенных на определенной глубине под
поверхностью подложки. Эпитаксиальная перекристаллизация начинается на
обеих поверхностях раздела аморфных и монокристаллических областей.
3. Изотермический отжиг
Дополнительная информация о характере распределения имплантированных
примесей может быть получена при проведении отжига при постоянной
температуре, но в течение различного времени. По мере увеличения времени
отжига электрическая активность легирующей примеси возрастает относительно
медленно; при этом доля электрически активных атомов бора повышается от
начального значения до величины, составляющей более 90 % этого значения.
Энергия активации соответствует генерации и миграции термически введенных
вакансий. Термически генерированные вакансии мигрируют к межузельным
образованиям. При этом происходит внедрение атомов бора в узлы
кристаллической решетки.
4. Диффузия имплантированных примесей.
Коэффициент диффузии бора может быть повышен за счет уничтожения кремниевых
вакансий и межузельных кластеров, при этом вакансии могут увеличить
коэффициент диффузии по узлам кристаллической решетки, а межузельные атомы
кремния могут вытеснять атомы бора из ее узлов, что приведет к быстрой
диффузии комплексов межузельный атом кремния - атом бора.
5. Быстрый отжиг.
Имплантированные слои могут быть подвергнуты лазерному отжигу с плотностью
энергии в диапазоне 1-100 Дж/см2. Вследствие короткого времени нагрева
имплантированные слои могут быть термообработаны без заметной диффузии
примеси. Имплантированные аморфные слои толщиной 100 нм перекристаллизуются
в течение нескольких секунд при Т= 800 С по механизму твердофазной
эпитаксии.
Процесс быстрого отжига относиться к категориям чистых процессов, и
загрязнения от элементов конструкции оборудования не создают серьезной
проблемы. Лазерная энергия может быть локализована на отдельной части
кристалла ИС, так что некоторые р-n переходы схемы могут размываться во
время отжига за счет диффузии в большей степени, тогда как другие не
претерпевают изменений.
Значительное преимущество метода то, что после расплавления и
кристаллизации аморфных слоев по методу жидкофазной эпитаксии в них
отсутствуют линейные дефекты.
С использованием технологии лазерного отжига создают биполярные и МОП-
транзисторы, кремниевые солнечные батареи.
6. Отжиг в атмосфере кислорода.
Процессы отжига, в результате которых все имплантированные ионы занимают
электрически активные положения в узлах кристаллической решетки, обычно
приводят к возникновению микродефектов. Эти дефекты называют вторичными
дефектами. Любые внешние микродефекты развиваются в большие дислокации и
дефекты упаковки. Эти дефекты, называемые третичными дефектами, имеют
достаточно большие размеры.
ПРИМЕНЕНИЕ ИОННОГО ЛЕГИРОВАНИЯ В ТЕХНОЛОГИИ СБИС
Создание мелких переходов
Требование формирования n+ слоев, залегающих на небольшой глубине, для СБИС
можно легко удовлетворить с помощью процесса ионной имплантации Аs. Мышьяк
имеет очень малую длину проецированного пробега (30 нм) при проведении
обычной имплантации с энергией ионов 50 кэВ.
Одной из прогрессивных тенденций развитии СБИС является создание КМОП-
транзисторов. В связи с этим большое значение имеет получение мелких p+ -
слоев. Такие слои очень сложно сформировать путем имплантации ионов В+.
Решение проблемы, связанной с имплантацией бора на небольшую глубину, на
практике облегчается использованием в качестве имплантируемых частиц ВF2.
Диссоциация молекулы ВF2+ при первом ядерном столкновении приводит к
образованию низкоэнергетических атомов бора. Кроме того, использование
молекулы ВF2 имеет преимущество при проведении процесса отжига структур.
Геттерирование
Процесс геттерирования основан на трех физических эффектах:
-освобождение примесей или разложение протяженных дефектов на
составные части.
-диффузия примесей или составных частей дислокаций.
-поглощении примесей или собственных межузельных атомов некоторым
стоком.
Рассмотрим четыре основные механизма геттерирования примесей.
1. Образование пар ионов.
Диффузия фосфора является эффективным методом геттерирования. Профиль
распределения таких примесей, как медь, которая в основном находится в
междоузлиях в решетке нелегированного кремния и диффундирует по
межузельному механизму, принимает форму диффузионного профиля распределения
фосфора. Атомы меди занимают положения в узлах кристаллической решетки
кремния в области, легированной фосфором, а затем захватываются вакансиями,
расположенными около атомов фосфора, образуя пары Р+Сu3- . Энергия связи и
коэффициент диффузии ионных пар определяются обоими ионами.
2. Геттерирование с использованием нарушенных слоев.
Геттерируюшее действие дефектов было исследовано с использованием
пескоструйной обработки, механического абразивного воздействия ультразвуком
или шлифованием. Особенности дефектов зависят от концентрации и вида
имплантированных частиц.
Оптимальная температура геттерирования определяется для каждого
конкретного случая. Время жизни неосновных носителей в слое,
имплантированном аргоном, существенно увеличивается после отжига при
температуре 850 С.
3. Внутреннее геттерирование
Геттером может служить преципитаты SiOx и комплексы дислокаций,
присутствующие в объеме кремниевой подложки после предварительной
имплантации в нее кислорода. Воздействие этих преципитатов на дислокации
приводит к тому, что последние действуют в качестве стока для примесей
тяжелых металлов, тогда как поверхностные области становятся свободными от
дефектов.
Эффекты, используемые в технологии СБИС
При высокой дозе имплантированного азота скорость окисления кремния
уменьшается из-за образования нитрида кремния, тогда как появление
дефектов, вводимых при имплантации B, Ar, As, Sb может привести к
увеличению скорости окисления. С помощью этих эффектов можно изменять
толщину окисла в различных областях приборов СБИС.
В другом случае окислы с поврежденной поверхностью используются для
уменьшения толщины маски по краям вытравленных в маске окон, при этом
поверхностная область стравливается быстрее, чем бездефектные участки.
2. Постановка задачи.
Постановка задачи заключается в разработке программного обеспечения,
которое необходимо, чтобы наглядно представить и понять, а также самому
принять неотъемлемое участие в процессе расчета основных явлений при ионной
имплантации.
1. По числу компонентов, заданной массе атомов, собственной
концентрации атомов в кристалле, зарядам ядер ионов и атомов мишени,
необходимо сделать расчет, конечным результатом которого послужит
графическое представление расчета (зависимость концентрации примеси
от глубины проникновения иона).
[pic]
Рис. 1.1. Окно заставки
Далее следует окно, в котором пользователь должен будет выбрать тип
решаемой задачи (Рис. 1.2.).
[pic]
Рис. 1.2. Выбор требуемой задачи (в данном случае выбрана задача №1)
Затем появляется окно, в котором пользователю необходимо ввести все
необходимые данные, для ее реализации (Рис. 1.3.).
[pic]
Затем выводится окно, в котором[pic] представлены результаты расчета
(Рис. 1.4.).
Конечным результатом данной задачи является форма с отчетом,
показанная в приложении.
2. Расчет профилей распределения концентрации внедренных примесей в
структурах с двойной имплантацией. Расчет производится путем
использования данных из предыдущей задачи, а также имеется набор
новых данных: энергия акцепторов, доза и все тоже самое для доноров.
Конечным результатом является расчет глубины залегания p-n перехода
и построение графической зависимости на основе рассчитанных данных.
Также, при выборе задачи №2 из меню заставки (см. Рис. 1.2.), появляется
окно для ввода необходимых данных (Рис. 2.1.).
[pic]
Рис. 2.1. Окно ввода данных (задача№2)
Затем выводится окно, в котором представлены результаты расчета (Рис.
2.2.).
[pic]
Рис. 2.2. Результаты расчета задачи№2
3. Расчет ионно-имплантированных структур с покрытием и без покрытия.
. Данная задача находится еще в проекте!
3. Математическая модель.
Задача№1:
Глубина проникновения в вещество характеризуется пробегом. Траектория
отдельных ионов в кристалле подобны ломанным линиям, каждый прямолинейный
участок и полная длина которых отличаются друг от друга. Вся совокупность
пробегов отдельных ионов группируется по закону нормального распределения
случайной величины со значением среднего полного пробега R и
среднеквадратичным отклонением пробега (R. Практическую важность имеет
средний нормальный пробег Rp – проекция траектории среднего полного пробега
на направление первоначальной скорости иона и его среднеквадратичное
отклонение (Rp. Для расчета среднего полного пробега R (см) иона с энергией
Е (эВ) используют формулы, в которых энергия и пробег выражены в
безразмерных единицах ( и ( соответственно:
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
Здесь L-нормирующий множитель пробега, см-1; F-нормирующий множитель
энергии, 1/эВ.
Радиус экранирования заряда ядра атомными электронами (см):
[pic]
Коэффициент передачи ионом с массой М1 атому с массой М2 максимально
возможной энергии при лобовом столкновении:
[pic]
Коэффициенты, учитывающие торможение, обусловленное ядерным
электронным взаимодействием:
[pic]
[pic]
Параметры, учитывающие торможение, обусловленные ядерным
взаимодействием, с=0.45, d=0.3.
Собственная концентрация атомов в кристалле N2, см-3, заряды ядер
иона Z1, атомов мишени Z2.
Профили распределения концентрации внедренных ионов определяются
характером распределения средних нормальных пробегов по глубине облученного
слоя. Пучок ионов, попадая в такие вещества, испытывает случайные
столкновения с атомами, и распределение пробегов описывается законом
распределения случайной величины. Аналогичная ситуация наблюдается и в
монокристаллах, если ионный пучок попадает на произвольную ориентированную
поверхность пластины относительно кристаллографических направлений с малыми
индексами, например вдоль оси (763). Такое внедрение называют не
ориентированным. В этом случае профиль внедренных атомов описывается, как и
для аморфных веществ, кривой Гаусса:
[pic]
Максимум концентрации примеси в отличие от случая введения ее методом
диффузии залегает не на поверхности, а на глубине x=Rp:
[pic]
Задача№2:
К примеру, для создания транзистора типа n-p-n в эпитаксиальный слой
с электропроводностью n- типа производят последовательную имплантацию ионов
акцепторной примеси с энергией Еа и дозой Nа для формирования базовой
области и ионов донорной примеси с энергией Ед и дозой Nд для формирования
эмиттера, причем Rpa>Rpd, а Cmax a < Cmax d. Суммарное распределение
примеси описывается выражением:
[pic]
Глубину залегания коллекторного перехода определяем из условия:
[pic]
откуда
[pic]
где
[pic]
Глубину залегания эмиттерного перехода с учетом того, что С(Xjэ)
>>Cb, определяем из условия:
[pic]
откуда
[pic]
где
[pic]
[pic]
[pic]
4. Программное обеспечение:
Разработанная расчетно-информационная система предназначена для
работы в среде Windows. Windows разработана корпорацией Microsoft, дата
первого поступления в продажу 1995 год и крупнейшие мировые компании
организовали выпуск различных приложений, использующих богатые возможности
новой операционной системы.
Эффективность работы компьютера определяется не только его аппаратным
обеспечением: моделью процессора, размерами жесткого диска, оперативной
памяти и т. п., но и установленной на нем оперативной системой. Оперативная
система это программа, которая осуществляет управление всеми устройствами
компьютера и процессом обработки на нем информации.
Windows 95/98 представляет собой высокопроизводительную,
многозадачную и многопоточную 32-разрядную операционную систему с
графическим интерфейсом и расширенными сетевыми возможностями. Она работает
в защищенном режиме и предназначена для настольных и персональных
компьютеров. Операционная система Windows позволяет более полно
использовать потенциал персонального компьютера.
Многозадачность означает, что можно работать с несколькими
программами одновременно. Многопоточное выполнение отдельной задачи
позволяет при задержке в выполнении одного потока работать со следующим.
Под потоком подразумевается последовательность команд, составляющих
отдельную частную задачу, решаемую внутри общей задачи (процесса).
Операционная система разработанная фирмой Microsoft обеспечивает
большое количество возможностей и удобств для пользователей. Широкое
распространение Windows сделало ее фактически стандартов для IBM PC
совместимых компьютеров.
Поставщики программного обеспечения для ряда отраслей промышленности
переходят на Windows 95, сокращая разработки для MS-DOS.
Кратко перечислю основные преимущества Windows 95 по сравнению с
широко распространенной операционной системой MS-DOS:
возможность параллельного (независимого) выполнения программ одновременно;
легкость переключения из одной программы в другую;
автоматизация обмена информации между различными программами, например,
рисунок , полученный в графической программе, можно легко вставить в текст,
созданный с использования текстового процессора;
облегчение доступа к программам и документам за счет использования
раскрывающихся меню;
нет необходимости запоминать имена программ и документов, так как для их
обозначения используются графические символы-значки;
увеличения объема памяти за счет использования свободного пространства на
жестком диске;
защищенность прикладных программ друг от друга в случае некорректных
действий одной из них.
Для разработки приложений существуют три варианта Delphi:
1. Client/Server Suite - средство создания приложений, рассчитанное
на использование в организациях, где требуются высокопроизводительные,
масштабируемые приложения, которые используют данные хранимые средствами
управления серверами.
2. Desktop - предназначен для индивидуальных программистов.
2. Developer - ориентирован на профессиональных разработчиков.
Для реализации поставленной задачи мною был использован продукт фирмы
Borland Delphi Developer версии 3.0. Delphi 3.0 представляет собой 32-
битовую версию популярного средства разработки приложений для Windows 95/
Windows NT.
Выбор определялся сравнением характеристик вариантов Delphi. Наиболее
приемлемые для создания расчетно-информационной системы оказались именно у
Delphi Developer 3.0.
5. Техническое обеспечение:
В результате расчета и компьютерного программирования использовалось
руководство пользователя: «Программирование в среде Delphi 4.0”, автор
Архангельский.
6. Результаты расчета:
Результаты расчета представлены в ПРИЛОЖЕНИИ…
7. Заключение:
В данном программном проекте представлены задачи, которые удовлетворяют
всем правилам и параметрам расчетов процесса ионной- имплантации, а
также представлены в наглядном виде все процессы расчета данных
структур, указанных в дипломном проекте.
8. Литература:
1. Архангельский «Программирование в среде Delphi 4.0».
2. А. И. Курносов, В. В. Юдин «Технология производства полупроводниковых
приборов и интегральных микросхем».
3. Программирование в среде Turbo Pascal v. 7.0.
| |
