扩散原理(简)
化学物质扩散
化学物质扩散化学物质扩散是指物质在溶液、气体或固体中自高浓度向低浓度区域移动的过程。
这个过程在化学和生物学中都有重要的应用和意义。
本文将介绍化学物质扩散的原理、影响因素以及相关应用。
一、化学物质扩散的原理化学物质扩散遵循离子或分子的浓度梯度。
当浓度存在差异时，物质会通过扩散来平衡浓度。
扩散速率取决于浓度差和物质的运动性能。
其中，浓度差越大，扩散速率越快；分子或离子的运动性能越高，也会加快扩散速率。
二、影响化学物质扩散的因素1. 温度：温度升高会增加分子的平均动能，加快分子的扩散速率。
2. 浓度差：浓度差越大，扩散速率越快。
3. 分子大小：分子越小，扩散速率越快。
4. 孔隙结构：材料的孔隙结构对扩散速率有重要影响，较大的孔隙能够促进扩散。
5. 表面积：较大的表面积能够提供更多的接触面，加快化学物质的扩散速率。
三、化学物质扩散的应用1. 生物学领域：在生物学研究中，化学物质扩散广泛应用于细胞膜透过性的研究以及药物递送系统的设计。
研究人员可以通过改变扩散速率来实现特定药物在人体内的释放。
2. 环境保护：化学物质扩散也与环境保护相关。
例如，土壤和水体中的化学污染物通过扩散可以传播到环境中其他区域。
了解化学物质的扩散规律可以帮助我们制定有效的环境保护措施。
3. 化学工程：在化学工程中，我们需要控制化学物质的扩散速率，以便实现有效的反应过程或分离过程。
研究物质扩散的规律可以指导工程师设计优化的反应器或分离设备。
结语化学物质扩散是一种重要的自然现象，在化学和生物学中都具有广泛的应用。
了解化学物质扩散的原理和影响因素可以帮助我们更好地应用和控制这个过程。
未来的研究和工程实践中，我们还需加强对化学物质扩散的深入研究，以推动科学技术的发展和应用的创新。
扩散工艺知识
第三章 扩散工艺在前面“材料工艺”一章，我们就曾经讲过一种叫“三重扩散”的工艺，那是对衬底而言相同导电类型杂质扩散.这样的同质高浓度扩散，在晶体管制造中还常用来作欧姆接触，如做在基极电极引出处以降低接触电阻.除了改变杂质浓度，扩散的另一个也是更主要的一个作用,是在硅平面工艺中用来改变导电类型,制造PN 结。
第一节 扩散原理扩散是一种普通的自然现象，有浓度梯度就有扩散。
扩散运动是微观粒子原子或分子热运动的统计结果.在一定温度下杂质原子具有一定的能量,能够克服某种阻力进入半导体,并在其中作缓慢的迁移运动。
一．扩散定义在高温条件下，利用物质从高浓度向低浓度运动的特性，将杂质原子以一定的可控性掺入到半导体中，改变半导体基片或已扩散过的区域的导电类型或表面杂质浓度的半导体制造技术，称为扩散工艺。
二．扩散机构杂质向半导体扩散主要以两种形式进行:1．替位式扩散一定温度下构成晶体的原子围绕着自己的平衡位置不停地运动。
其中总有一些原子振动得较厉害，有足够的能量克服周围原子对它的束缚，跑到其它地方，而在原处留下一个“空位".这时如有杂质原子进来，就会沿着这些空位进行扩散,这叫替位式扩散。
硼（B ）、磷(P ）、砷（As ）等属此种扩散。
2．间隙式扩散构成晶体的原子间往往存在着很大间隙，有些杂质原子进入晶体后，就从这个原子间隙进入到另一个原子间隙,逐次跳跃前进.这种扩散称间隙式扩散.金、铜、银等属此种扩散。
三． 扩散方程扩散运动总是从浓度高处向浓度低处移动。
运动的快慢与温度、浓度梯度等有关。
其运动规律可用扩散方程表示，具体数学表达式为:N D tN 2∇=∂∂ （3—1) 在一维情况下,即为： 22xN D t N ∂∂=∂∂ （3-2） 式中:D 为扩散系数,是描述杂质扩散运动快慢的一种物理量；N 为杂质浓度；t 为扩散时间；x 为扩散到硅中的距离。
四．扩散系数杂质原子扩散的速度同扩散杂质的种类和扩散温度有关.为了定量描述杂质扩散速度，引入扩散系数D 这个物理量，D 越大扩散越快。
高中生物扩散原理教案全套
高中生物扩散原理教案全套一、教学目标1.了解扩散的定义和原理。
2.掌握扩散在生物学中的应用和意义。
3.了解生物体内扩散的过程及其调节机制。
二、教学重点1.扩散的定义和原理。
2.生物体内扩散的过程及其调节机制。
三、教学难点1.生物体内扩散的调节机制。
2.扩散与浓度梯度的关系。
四、教学准备1.教案、课件。
2.实验设备：玻璃管、葡萄糖溶液、尿素溶液、示波器等。
五、教学内容与步骤1.扩散的定义和原理（15分钟）- 定义：扩散是指物质在混合物中由高浓度向低浓度自发传播的过程。
- 原理：扩散是由于分子无序热运动而引起的。
分子间碰撞会导致物质从高浓度区域向低浓度区域传播，直到达到平衡。
2.扩散在生物学中的应用和意义（15分钟）- 生物体内的氧气、营养物质等都是通过扩散来进行传递和吸收的。
- 生物体内氧气、二氧化碳、水等物质的扩散过程，维持了生物体内的内环境稳定。
3.生物体内扩散的过程及其调节机制（30分钟）- 生物体内扩散的过程通常通过细胞膜进行。
- 细胞膜上的通透蛋白可以选择性地调节物质的进出。
- 细胞膜的扩散速率受到温度、浓度梯度、表面积等因素的影响。
4.实验演示（20分钟）- 利用玻璃管装满葡萄糖溶液和尿素溶液，浸入葡萄糖溶液中，并利用示波器显示葡萄糖和尿素的扩散过程。
- 观察并分析实验结果，探讨扩散速率与浓度梯度的关系。
六、教学总结与评价1.扩散是体内生物活动中重要的传输方式，对维持生物体内环境稳定起着重要的作用。
2.生物体内的扩散过程受到多种因素的影响，了解这些因素有助于我们更好地理解生物体内的运作机理。
3.通过本节课的学习，希望学生们能够深刻理解扩散原理及其在生物学中的应用，为后续学习打下坚实的基础。
粉尘的扩散原理(精)
上升热气流，一些粉尘在上升热气流的作用下，会随着上升热气
流一起运动，产生尘化作用。例如锅炉中煤炭的燃烧、炼钢电炉、 加热炉以及金属浇铸等过程所引起的尘化作用。 4．综合性尘化作用 综合性尘化作用是指由剪切和诱导空气等几个因素共同作用的一
种尘化作用。例如皮带运输机运输的粉料从高处下落到地面的过
程。
粉尘的扩散原理
通常把尘粒由静止状态变为空气中浮游的尘化作用称为一次尘 化作用，引起一次尘化作用的气流称为尘化气流。由于细小的粉 尘本身没有独立运动能力，一次尘化作用带给粉尘的能量并不能 使粉尘扩散飞扬，只能在局部地点造成空气污染。由于通风或冷 热气流对流所形成的室内气流（称为二次气流），在局部地点带 动含尘空气在整个车间内流动，造成粉尘进一步扩散。污染空气 环境的主要原因是二次气流。二次气流速度越大，粉尘扩散越严 重，如图所示。
粉尘的扩散原理
粉尘主要是依赖气流的运动来进行扩散的，粉尘从静止状态变 成悬浮于周围空气的作用称为尘化作用。
工业企ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ常见的几种尘化作用如下:
1．剪切压缩造成的尘化作用
粉尘的扩散原理
工业企业常见的几种尘化作用如下: 2．诱导空气造成的尘化作用
粉尘的扩散原理
3．热气流上升造成的尘化作用 由于一些产尘设备产生大量的热量，其表面的空气被加热而产生
半导体制造工艺之扩散原理概括
预淀积＋退火。预淀积：气固相预淀积
1、掺杂工艺一般分为 哪两步？结深？薄层电 阻？固溶度？
扩散或离子注入。Rs：表面为正方形的 半导体薄层（结深），在平行电流方向
所呈现的电阻，单位为 /，反映扩散
入硅内部的净杂质总量。固溶度：在平
衡条件下，杂质能溶解在硅中而不发生
2、两种特殊条件下的费 反应形成分凝相的最大浓度。
3、氧化增强/抑制扩散（oxidation enhanced / retarded diffusion）OED/ORD
对于B，P来说，在氧化过程中，其扩散系数增加。
对Sb来说，扩散系数减小。
双扩散机制: 杂质可以通过空位和间隙两种方式扩散
1 ）OED：对于原子B或P来说，其在硅中的扩散可以 通过间隙硅原子进行。氧化时由于体积膨胀，造成大 量Si间隙原子注入，增加了B和P的扩散系数
DA ef fD0DnpiDnpi
n型掺杂 p型掺杂
1000 C下，非本征扩散系数：
D A s1.6 6 11 04 c2 m /sec
箱型
非本征掺杂扩散系数比本征掺
杂扩散系数高一个数量级！！
由于非本征掺杂的扩散系数在 掺杂边缘迅速衰减，因而出现 边缘陡峭的“箱型”分布。
n
由
np
n
2 i
并假定杂质全部离化，有
C NA ND
n C24ni2 C 2
场助扩散方程： FhDCx
其中h为扩散系数的电场增强因子： h1
C C2 4ni2
当掺杂浓度远大于本征载流子浓度时，h 接近 2。
电场效应对于低浓度本体杂质分布影响更大
2、扩散系数与杂质浓度的关系
离子注入 ＋
半导体制造工艺之扩散原理
01
半导体制造工艺简介
半导体材料的基本特性
半导体材料的导电性
半导体材料的光电特性
半导体材料的热稳定性
• 半导体材料的导电性介于导体和绝
• 半导体材料具有光电效应
• 半导体材料具有较高的热稳定性
缘体之间
• 半导体材料的光电效应可用于光电
• 半导体材料的热稳定性可用于高温
• 随着温度的升高，半导体材料的导
扩散掩膜与阻挡层材料
扩散掩膜材料
• 扩散掩膜材料可分为光刻胶、金属薄膜、氧化膜等
• 扩散掩膜材料的选择应根据扩散工艺的要求和半导体材料的性质进行
• 扩散掩膜材料的选择应考虑掩膜材料的耐腐蚀性、抗氧化性、光刻性能等
阻挡层材料
• 阻挡层材料可分为氧化物、氮化物、碳化物等
• 阻挡层材料的选择应根据扩散工艺的要求和半导体材料的性质进行
扩散源的选择
扩散源的制备
• 扩散源可分为气体扩散源、液体扩散源、固体扩散源等
• 气体扩散源的制备方法包括蒸发法、溅射法、化学气相
• 扩散源的选择应根据扩散工艺的要求和半导体材料的性
沉积法等
质进行
• 液体扩散源的制备方法包括溶液法、溶胶-凝胶法等
• 扩散源的选择应考虑扩散源的纯度和可控性
• 固体扩散源的制备方法包括烧结法、热压法等
• 扩散工艺的可持续发展应考虑工艺的创新性和竞争力
扩散工艺的环境保护
• 扩散工艺的环境保护应考虑工艺的废弃物处理、污染物排放、环境风险等
• 扩散工艺的环境保护应考虑工艺对半导体器件性能的影响和生产成本
• 扩散工艺的环境保护应考虑工艺的环保政策和法规要求
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扩散原理
第二节
动力学理论的不足：
扩散的热力学理论
(1) 唯象地描述扩散质点所遵循的规律； (2) 没指出扩散推动力 扩散热力学研究的问题：
目标： 将扩散系数与晶体结构相联系；
对象： 单一质点多种质点； 推动力： 平衡条件：
C x
u 0 x
u x
假设: 在多组分中 质点由高化学位向低化学位扩 散， 质点所受的力 F ui i x 推导D： 高u
G m D . .v . .v0 exp( ) RT H m H m S 2 . .v0 exp( ). exp( ) D0 . exp( ) RT R RT
2 2
讨论：D＝f(结构、性能……) 1、点阵结构：2(对面心、体心)=a2； 2、与空位有关，Dexp(-Gf/2RT);
用途:
硅酸盐 所有过程
固溶体的形成
相变过程
固相反应 烧结 金属材料的涂搪 陶瓷材料的封接
耐火材料的侵蚀性
要求：
扩散的动力学方程 扩散的热力学方程(爱因斯坦－能斯特方程) 扩散机制和扩散系数
固相中的扩散
影响扩散的因素
第一节
一、 Fick第一定律 推动力： 浓度梯度
C J 、 x x
扩散方程
Vi Fi 低u
对象：一体积元中 多组分中i 组分质点的扩散 ui i质点所受的力： Fi x ∵相应质点运动平均速度Vi正比于作用力Fi u Vi Bi Fi Bi x (Bi为单位作用力下i 组分质点的平均速度或淌度)
组分i质点的扩散通量 Ji＝CiVi
ui J i C i . Bi x
H m H f / 2 S m S f / 2 D＝ . .v 0 . exp( ). exp( ) RT R H m H f / 2 D D0 . exp( ) RT
扩散过程设计知识.doc
扩散过程设计知识第三章扩散过程在前一章“材料过程”中，我们曾经讨论过一个称为“三重扩散”的过程，即相同导电类型的杂质扩散到衬底上。
这种均匀的高浓度扩散也通常用于晶体管制造中的欧姆接触，例如基极引线以降低接触电阻。
除了改变杂质浓度之外，扩散是另一个更重要的功能，用于改变导电类型和在硅平面工艺中制造PN结。
第一节扩散原理扩散是一种常见的自然现象，有浓度梯度就有扩散。
扩散运动是微观粒子、原子或分子热运动的统计结果。
在一定的温度下，杂质原子具有一定的能量，可以克服一定的阻力进入半导体并在其中缓慢移动。
1.扩散被定义为一种半导体制造技术，其通过利用物质从高浓度到低浓度的运动特性，在高温条件下以一定程度的可控性将杂质原子掺杂到半导体中，来改变半导体衬底或扩散区域的导电类型或表面杂质浓度。
这叫做扩散技术。
二.杂质从扩散机制向半导体的扩散主要有两种形式:1.取代扩散在一定温度下，组成晶体的原子围绕它们的平衡位置移动。
总有一些原子振动更剧烈，有足够的能量克服周围原子的束缚，跑到其他地方，留下一个“空位”。
此时，如果杂质原子进入，它们将沿着这些空位扩散，这被称为替代扩散。
硼(b)、磷(p)、砷(As)等。
属于这种扩散。
2.间隙通常存在于通过间隙扩散组成晶体的原子之间。
一些杂质原子进入晶体后，从这个原子间隙进入另一个原子间隙，并一个接一个地向前跳跃。
这种扩散称为间隙扩散。
金、铜、银等。
属于这种扩散。
3.扩散方程扩散运动总是从高浓度移动到低浓度。
运动速度与温度、浓度梯度等有关。
运动定律可以用扩散方程来表示，具体的数学表达式是:(3)-这种均匀的高浓度扩散也通常用于晶体管制造中的欧姆接触，例如基极引线以降低接触电阻。
除了改变杂质浓度之外，扩散是另一个更重要的功能，用于改变导电类型和在硅平面工艺中制造PN 结。
第一节扩散原理扩散是一种常见的自然现象，有浓度梯度就有扩散。
扩散运动是微观粒子、原子或分子热运动的统计结果。
在一定的温度下，杂质原子具有一定的能量，可以克服一定的阻力进入半导体并在其中缓慢移动。
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扩散原理（简）
磷扩散是太阳能电池制造的核心，它的主要目的是形成一层PN 结。
制造一个PN结不是简单的把一个P型硅和N型硅放到一起，它是在一个完整的半导体晶体硅的一部分是P型区域，另一部分是N 型区域，在晶体内部实现P型和N型半导体的接触。
太阳能电池扩散有以下几种方法：
1.液态源扩散POCl3。
2.喷涂磷酸水溶液后链式扩散。
3.丝网印刷磷浆料后链式扩散。
我们所采用的是第一种。
扩散炉是由三部分组成：控制柜、净化台、炉体。
影响扩散的因素主要有三个方面：扩散管内杂质源的浓度、扩散温度、扩散时间。
POCl3简介:
POCl3是目前磷扩散用得较多的一种杂质源
无色透明液体，具有刺激性气味。
如果纯度不高则呈红黄色。
比重为1.67，熔点2℃，沸点107℃，在潮湿空气中发烟。
POCl3很容易发生水解，POCl3极易挥发。
POCl3磷扩散原理
POCl3在高温下（>600℃）分解生成五氯化磷（PCl5）和五氧化二磷（P2O5），其反应式如下：
生成的P2O5在扩散温度下与硅反应，生成二氧化硅（SiO2）和磷原子，其反应式如下：
由上面反应式可以看出，POCl3热分解时，如果没有外来的氧（O2）参与其分解是不充分的，生成的PCl5是不易分解的，并且对硅有腐蚀作用，破坏硅片的表面状态。
但在有外来O2存在的情况下，PCl5会进一步分解成P2O5并放出氯气（Cl2）其反应式如下：
生成的P2O5又进一步与硅作用，生成SiO2和磷原子，由此可见，在磷扩散时，为了促使POCl3充分的分解和避免PCl5对硅片表面的腐蚀作
用，必须在通氮气的同时通入一定流量的氧气。
在有氧气的存在时，POCl3热分解的反应式为：
POCl3分解产生的P2O5淀积在硅片表面，P2O5与硅反应生成SiO2和磷原子，并在硅片表面形成一层磷-硅玻璃，然后磷原子再向硅中进行扩散。
POCl3液态源扩散方法具有生产效率较高，得到PN结均匀、平整和扩散层表面良好等优点，这对于制作具有大面积结的太阳电池是非常重要的。
磷扩散的系统应保持清洁干燥，如果石英管内有水汽存在，就会使管内P2O5水解生成偏磷酸（HPO3），使管道内出现白色沉积物和粘滞液体，石英舟容易粘在管道上，不易拉出。
因此对扩散气体脱水是十分重要的。
TCA清洗
这是用于清洗石英管道而设置的。
其基本原理是：1:1:1三氯乙烷（C2H3Cl3）高温氧化分解，产生的氯分子与重金属原子化合后被气体带走，达到清洗石英管道的目的。
其反应式为：
C2H3Cl3 + O2Cl2 + H2O + CO2 +……
加热
磷扩散源是无色透明有窒息性气味的毒性液体，所以要求扩散系统必须有很高的密封性，特别是源瓶进出口两端最好用聚四氟乙烯来连接，若用其它塑料管或乳胶管连接时易被腐蚀，需要经常更换新管。
接口处用聚四氟带封闭，由系统流出的气体应通进排风管道连接到室外，不能泄露在室内。
日常TCA清洗为三天做一次，时间为（4+1）h，石英管HF清洗后为（8+1）h。