变温扩散工艺实验报告28页PPT
扩散现象的实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 理解扩散现象的基本原理；2. 观察不同物质在不同条件下的扩散速度；3. 分析影响扩散速度的因素。
二、实验原理扩散是指不同物质在相互接触时，彼此进入对方的现象。
扩散速度受多种因素影响，如温度、浓度梯度、分子大小等。
本实验通过观察不同物质在不同条件下的扩散速度，分析影响扩散速度的因素。
三、实验材料与仪器1. 实验材料：墨水、水、不同温度的水杯、滤纸、铅笔、尺子等；2. 实验仪器：显微镜、计时器、温度计等。
四、实验方法与步骤1. 准备实验材料：取两杯等量的水，分别加入相同量的墨水；2. 设置实验条件：将其中一杯水置于室温，另一杯水置于冰水中；3. 观察墨水在两杯水中的扩散速度，记录扩散时间；4. 重复实验，记录数据；5. 分析实验结果，得出结论。
五、实验结果与分析1. 室温条件下，墨水在水中扩散速度较快，扩散时间较短；2. 冰水中，墨水扩散速度较慢，扩散时间较长；3. 温度越高，扩散速度越快；4. 通过对比实验，得出结论：温度是影响扩散速度的主要因素。
六、实验结论1. 扩散现象是物质在相互接触时，彼此进入对方的现象；2. 温度是影响扩散速度的主要因素，温度越高，扩散速度越快；3. 在实际生活中，扩散现象广泛应用于各种领域，如物质的分离、提纯、混合等。
七、实验讨论1. 除了温度，还有哪些因素会影响扩散速度？2. 如何利用扩散现象进行物质的分离和提纯？3. 扩散现象在日常生活和工业生产中有哪些应用？八、实验总结本实验通过观察不同物质在不同条件下的扩散速度，分析了影响扩散速度的因素。
实验结果表明，温度是影响扩散速度的主要因素。
通过本实验，我们加深了对扩散现象的理解，并了解了扩散现象在实际生活中的应用。
在今后的学习和工作中，我们将继续关注扩散现象的研究，探索其在更多领域的应用。
第2篇一、实验目的1. 了解扩散现象的基本原理。
2. 掌握扩散实验的操作方法。
3. 通过实验观察和分析，加深对扩散现象的理解。
扩散工艺ppt课件
主要问题 (1) 测量结果取决于点接触的重复性。 (2) 进表面测量比较困难。 (3) 测量样品与校准标准片比较接近。
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文献阅读：扩散工艺在半导体生产中的应用
1.半导体生产中的扩散工艺流程 在半导体的生产过程中，晶圆的扩散是一道非常重要的工 序，一般在扩散炉内完成，具体的工艺流程如下： 1） 注入足量的氮气或氧气； 2） 电加热使炉内的温度升高到特定值； 3） 晶圆送入到扩散炉内； 4） 再注入足够的氮气或氧气； 5） 再次升温； 6） 将掺杂的气体注入到扩散炉内； 7） 炉内温度恒定，一定时间后，进行降温处理。
第一步：预淀积扩散
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第二步：推进扩散
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整个扩散工艺过程
开启扩散炉 清洗硅片 预淀积
推进、激活 测试
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预淀积
温度：800~1000℃ 时间：10~30min
预淀积的杂质层
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推进
温度：1000~1250℃
预淀积的杂质层
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原因 杂质在半导体中的扩散与空位浓度有关 ■ 氧化时硅片表面存在大量过剩填隙原子，填隙原子数增
加，导致空位数量减少(填隙原子一空位复合)。 ■ P，B的扩散机制主要是推填隙扩散机制；As的扩散机制
主要是空位扩散机制。 氧化增强扩散或氧化阻滞扩散
精选ppt课件对于常见的杂质，如B，P，As等，其在SiO2中的扩散系数比在 Si中的扩散系数小得多，因此，SiO2经常用做杂质扩散的掩蔽层
2）扩散工艺：利用杂质的扩散运动，将所需要的杂质掺入硅 衬底中，并使其具有特定的浓度分布。
物理扩散现象实验报告
1. 了解扩散现象的基本原理；2. 探究不同物质在不同条件下的扩散速度；3. 分析影响扩散现象的因素。
二、实验原理扩散现象是指两种或两种以上物质相互接触时，由于分子热运动，彼此进入对方的现象。
扩散现象的实质是分子（或原子）的相互渗入。
扩散现象的发生与温度、物质浓度、分子质量等因素有关。
三、实验器材1. 烧杯（2个）2. 水杯（1个）3. 食盐（适量）4. 滴管（1支）5. 温度计（1支）6. 计时器（1个）7. 纸和笔（1套）四、实验步骤1. 将烧杯分别编号为A、B；2. 在烧杯A中加入适量的水，记录初始温度；3. 在烧杯B中加入适量的食盐，记录初始温度；4. 使用滴管将烧杯B中的食盐滴入烧杯A中，观察食盐在水中的扩散情况；5. 在食盐扩散过程中，每隔一定时间记录烧杯A中水的温度变化；6. 在食盐扩散完成后，观察烧杯A中水的颜色变化，记录最终温度；7. 改变实验条件，如温度、食盐浓度等，重复实验步骤，观察并记录实验结果。
1. 初始温度：25℃；2. 实验时间：30分钟；3. 食盐浓度：5%；4. 扩散速度：食盐在水中扩散速度较快，约10分钟内扩散到整个烧杯；5. 温度变化：实验过程中，烧杯A中水的温度逐渐升高，最终温度为30℃。
六、实验结果与分析1. 食盐在水中扩散速度较快，说明温度对扩散现象有较大影响。
温度越高，分子热运动越剧烈，扩散速度越快；2. 食盐浓度对扩散速度也有一定影响。
浓度越高，扩散速度越慢；3. 在实验过程中，烧杯A中水的温度逐渐升高，说明扩散过程中，分子间的相互作用导致能量传递，使水的温度升高。
七、实验结论1. 扩散现象是分子（或原子）相互渗入的现象，与温度、物质浓度等因素有关；2. 温度越高，扩散速度越快；3. 食盐浓度对扩散速度有一定影响；4. 扩散过程中，分子间的相互作用导致能量传递，使物质温度升高。
八、实验注意事项1. 实验过程中，注意观察食盐在水中扩散情况，及时记录实验数据；2. 实验结束后，将烧杯清洗干净，避免污染；3. 实验过程中，注意安全，避免发生意外。
热传导方程(扩散方程)ppt课件
( x ,t0) ( x )
波方程的Cauchy问题
由泛定方程和相应边界条件构成的定解问题称为 边值问题。
u0, (x,y),
u f (x, y).
Laplace方程的边值问题
由偏微分方程和相应的初始条件及边界条件构成 的定解问题称为混合问题。
uutt0a2(u(xxx,y,uzy)yuzz)0
kn|x0k(x) qnq0
u x
|xl
q0 k
u x |x0
q0 k
xl
若端点是绝热的，则
u u x|xl x x0 0
三、定解问题
定义1 在区域 G[0,) 上，由偏微分方程、初 始条件和边界条件中的其中之一组成的定解问题称为 初边值问题或混合问题。
u ut x,a 02 u xx (x 0),,
注 1、热传导方程不仅仅描述热传导现象，也可以
刻画分子、气体的扩散等，也称扩散方程；
2、上述边界条件形式上与波动方程的边界条件 一样，但表示的物理意义不一样；
3、热传导方程的初始条件只有一个，而波动方 程有两个初始条件。
4、除了三维热传导方程外，物理上，温度的分 布在同一个界面上是相同的，可得一维热传导方
gk1 k
u1.
注意第三边界条件的推导：
研究物体与周围介质在物体表面上的热交换问题
把一个温度变化规律为 u(x, y, z, t)的物体放入 空
气介质中，已知与物体表面接触处的空气介质温度
为 u1(x, y, z, t)，它与物体表面的温度u(x, y, z, t)并不
相同。这给出了第三边界条件的提法。
或
u knk1(uu1).
即得到（1.10）： ( u nu)|(x,y,z) g(x,y,z,t).
扩散报告
扩散工序学习工作报告P-N结是太阳能电池的心脏，扩散工序是制造电池片的核心。
一，扩散主要工艺流程：1进舟，2预升温，3预淀积，4扩散，5再分步，推进，6回温，7出舟在预淀积和扩散步进行衡定表面源的扩散，在再分步进行限定表面源的扩散。
整个工艺运行最主要是3、4、5步，这几步是制作P-N结的核心。
我们对温度气体流量的调节都是针对这几步进行的。
不同的片子会设置不同的工艺参数。
不同的设备也工艺参数的设置也有所不同。
二，扩散工序的主要控制点部分控制参数。
方块电阻和方块电阻不均匀度是扩散工序的主要控制点。
方块电阻主要用四探针测试仪来测量。
影响方块电阻的因素除了电池片本身的电阻率以外，工艺过程对其大小是主要的影响，包括温度设置及调节，扩散气体及保护气体的流量设置，扩散各步聚的时间设置。
在下面的扩散设备对比中我们还会给出更多的影响到方块电阻大小的因素。
方块电阻的大小波动主要通过对温度的上下调节来校正。
方块电阻不均匀度有单片不均匀度和整管不均匀度之分。
方块电阻过大，则扩散浓度过小，P-N结结深过小，使电池片在后道工序中被烧穿的的可能性曾大。
方块电阻过小，则扩散过度浓度过大，结深过深，使载流子扩散距离增大，增大了载流子的衰减；掺杂过浓度大，会造成大量的复合中心，使Isc严重下降，造成其他性能参数也严重下降。
各种电池片不均匀度要求：48所TEMPRESSP156 同一片≤25%,同一炉≤12%同一片≤15%,同一炉≤10%M156 同一片≤25%,同一炉≤12%同一片≤15%,同一炉≤10%E-CELL 同一片≤20%,同一炉≤8%同一片≤10%,同一炉≤8%各电池片方块电阻可接受范围：M156:42-48Ω/ ；P156:45-50Ω/ ;E-CELL:25-35Ω/如果方块电阻值经测试发现超出此范围，对于第一次发现的要返工，进行反面重扩散，如果是第二次发现的，要送到制绒车间去结后再重新制绒扩散。
三，扩散原理扩散是物质分子或原子热运动引起的一种自然现象.粒子浓度差别的存在是产生扩散运动的必要条件。
扩散工艺的化学原理ppt课件
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结深
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第三步、激活
稍微升高温度，使杂质原子移动到晶格中的原子位子与 晶格中的硅原子键合，形成替位式杂质原子。
杂质原子只有在替代了晶格上的硅原子后才能起作用--
改变硅的电导率。通常是只有一部分杂质被移动到 晶格位子上，大部分还处在间隙位置。
激活
杂质原子
√
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杂质形态：
III A族元素杂质：硼 （B）
扩散到硅晶体内部
V A 族元素杂质：磷（P）、锑（Sb）
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3
§6-1 半导体的杂质类型
半导体硅、锗等都是第 IV 族元素。 掺入第 V 族元素（如磷，五个价电子）。杂质电离
施放电子，为施主杂质，或 N 型杂质。
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4
掺入第III 族元素（如硼，三个价电子）。杂质电离 接受电子，为受主杂质，或P 型杂质。
即在硅片上生成掺有锑杂质的氧化层，在扩散温度下， 锑杂质原了进而向硅内扩散。
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§6-5 砷扩散的化学原理
砷扩散有它独到之处，例如砷在硅中的扩散系 数小，用于浅结扩散，因扩散时间较长，便于精 确地控制基区宽度；又如砷原子半径和硅原子很 接近，在砷原子向硅晶体内扩散过程中，不致于 由于原子半径不同而产生应力，导致晶格缺陷。
间隙式杂质：具有高扩散率的杂质，如金（Au）、铜（Cu）、钠（Na） 等。
间隙式杂质容易利用间隙运动在间隙中移动，这种杂质是需要避免的。 替位式杂质：扩散速率低的杂质，如砷（As)、磷（P）等。通常利用替代
运动填充晶格中的空位。
杂质原子
替位式杂质
间隙式杂质
√
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变温扩散工艺实验报告
• 数相差很大，降温过程中产生的过饱和空 位在降温过程中和低温状态下消失于晶界 处，复合体也在晶界附近解体，使磷原子 留在晶界附近区域，可以显著改善材料的 性能，此步骤和后续的变温降温再分布过 程将使结的均匀性和平整性得到改善。
第二部分
2
实 验 过 程 及 设 计
1.目前正常工艺设置情况
方块控制：60~68
从整体情况来看，变温扩散工艺较正常工艺效 率上有0.10%左右的提升。从跟踪情况看，Voc 和Isc表现较好，FF和Rs表现一般，这与ECV测 试结果一致，也验证了我们之前的分析。
Thanks!
第三部分
3
实 验 结 果 及 分 析
• 在变温扩散实验过程中，主要利用了氧气 增强磷原子扩散和氮气抑制磷原子扩散的 机理，对各扩散步及推进步进行时间和气 体流量的适当配置，使实验达到预期的效 果。 • 以下是实验片与正常片ECV测试对比及分析
实验片与正常片ECV测试对比
N(cm-3)炉口 1E+22 N(cm-3)炉中 N(cm-3)炉尾
从ECV测试情况看，经先高温、再低温扩散 后，结深可以达到0.35um左右，但表面浓度 较大，达到2.50e21/ cm3 以上。
3.低温
高温
低温扩散工艺设置情况
注：整个工艺运行时间比正常工艺增加5分钟左右。
扩散步（Step6、Step8、Step9）相关设置：
低温
高温
低温扩散ECV测试结果及分析
• 质原子从不同的形态变为可以快速移动的 间隙原子 ，杂质原子以间隙形式进行扩散 ，造成杂质的耗尽，在此升温过程中，磷 原子在晶界的平衡偏聚随温度的升高而迅 速降低，趋向于消失状态，但此高温下， 在多晶硅衬底和在重磷扩散区域内的分凝 系数差别不大；最后一步低温扩散增加了 吸杂的驱动力（杂质原子在吸杂区域的分 凝），此时金属杂质在不同区域的分凝系
扩散工艺培训课件
2024/6/27
• 反响式：3Sb2O3+3Si=4Sb+SiO2 • 优点： • 1〕可使用纯Sb2O3粉状源，防止了箱法扩散
中烘源的麻烦； • 2)两步扩散，不象箱法扩散那样始终是高浓度
恒定外表源扩散，扩散层缺陷密度小； • 3〕外表质量好，有利于提高外表浓度。
其扩散后杂质浓度分布为高斯函数 分布
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3. 两步扩散
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• 预淀积〔或预扩散〕：温度低、时间短 • 主淀积〔或推进〕：温度高、时间长 • 预淀积〔或预扩散〕现已普遍被离子注
入代替
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§3.4 影响杂质分布的其他因素〔实际杂 质分布(偏离理论值)〕 1、二维扩散 一般横向扩散(0.75~0.85)*Xj(Xj纵向结深)
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6
7
3
1
5
4
2
间隙杂质运动
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• 3、间隙杂质要从一个间隙位置运动到 相邻的间隙位置上，必须要越过一个势 垒，势垒高度Wi一般为0.6~1.2ev。
• 4、间隙杂质只能依靠热涨落才能获得 大于Wi的能量，越过势垒跳到近邻的间 隙位置上。
• 5、跳跃率：Pi=v0e-wi/kT • 温度升高时Pi指数 地增加。
Di2(n/ni) 2分别表示中性 、正一价、负一 价、负二价的高浓度杂质－－空穴对的
非本征条件下的有效扩散系数。 以上是考虑多重电荷空位的杂质扩散模型时，
扩散衬底杂质浓度将严重影响扩散系数
2024/6/27
3、电场效应
2024/6/27
半导体第十九讲扩散工艺p资料
扩散
70年代初期以前，杂质掺杂主要通过高温的扩散实 现。 杂质原子通过气相源或氧化物源扩散或淀积到硅晶 片的表面。 杂质浓度从表面到体内单调下降 杂质分布主要是由温度和扩散时间决定 可用于形成深结（deep junction），如CMOS中 的双阱（twin well）
离子注入
杂质浓度相等：
C( x j , t） CB
1
CB 结的位置： x j 2 DSiO t erfc A DSiO 2 t 2 Cs 温度通过D对扩散深度和杂质分布情况的影响，同时间t相
比更为重要。
恒定表面源扩散
杂质浓度梯度
任意位置
2 Cs C ( x, t ) x, t e x / 4 Dt x Dt
扩散系数
J ( x, t ) C ( x a / 2, t ) P a C ( x a / 2, t ) P a
v v
C ( x, t ) a P x C ( x, t ) J D x
2 v
其中：V0代表振动频率
Wv代表形成一个 空位所需要的能量
Pv o exp[(WV Ws ) / kT ]
从70年代初开始，掺杂的操作改由离子注入完成 掺杂原子以离子束的形式注入半导体内 杂质浓度在半导体内有峰值分布 杂质分布主要由离子质量和离子能量决定
用于形成浅结（shallow junction），如 MOSFET中的漏极和源极
扩散机理
间隙式扩散
定义：杂质离子位于晶格间隙 杂质：Na、K、Fe、Cu、Au 等元素 势能极大位置：相邻的两个间隙之间 势垒高度Wi：0.6~1.2eV 间隙杂质的振动能在室温时，只有0.026eV； 1200 ℃时为0.13eV，因此间隙杂质靠热涨落越 过势垒 跳跃率： Pi 依赖于温度
扩散工艺培训
2020/6/8
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扩散原理扩散机制磷在 Nhomakorabea中的扩散机制分为空位式扩散和替位填
b
隙式扩散。
a
在高温情况下，硅原子在其平衡位置附近振动。 当某一原子偶然地获得足够的能量而离开晶格 位置，成为一个填隙原子，同时产生一个空位。
e
c
d
当邻近的原子向空位迁移时，这种机理称为空 位扩散。 假如填隙原子从一处移向另一处而并不占据晶
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扩散原理
扩散
扩散是一种高温制程，是常规硅太阳电池工艺中，形成PN结的主要方法。 扩散是一种由热运动所引起的杂质原子和基体原子的输运过程，将掺杂杂
质沉积到硅片表面，由于热运动，原子从一个位置运动到另一个位置，基 体原子与杂质原子不断地相互混合，从而改变基片表面层杂质掺杂。 在以硅为底材的半导体制程中,主要有两种不同形态的Dopant：P-type,Ntype。 扩散的目的在于控制PN结的性能，半导体中特定区域内杂质的类型、浓度、 深度。
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扩散原理
PN结的特性
PN结的反向截止性 当P-N结反向连接时，P-N结呈现很大的电阻， 通过P-N结中的电流很小。这是由于外加电池 在P-N结中所产生的电场方向用P-N结自建电 场方向相同。电场变强，空间电荷区变厚， 阻止电子和空穴流通，从而电流很难流过。 这就是反方向连接的电流很小的原因。
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扩散原理
PN结的特性
PN结的正向导通性 当P-N结正向连接时，PN结正向电阻很小，通过 PN结的正向电流很大，这是由于外加电场在PN 结中所产生的电场方向相反，空间电荷区变窄。 P区的空穴和N区的电子再这个外加的电场的作用 下不断地流过PN结，使它的电阻大大降低,电流 很容易通过。若外加电压继续上升，则自建电场被减弱和抵消，所以正向 电流随着外加正向电压的增加而逐渐上升。