21、硅中氧扩散的测量与分析

硅中氧扩散的测量与分析

引言

硅中氧的扩散是一个重要的研究领域，其扩散情况会受到多种因素的影响。了解氧在硅中的扩散机制和速率，对于半导体材料的性能优化和应用具有重要意义。本文将详细介绍硅中正常氧扩散的直接和间接测量方法，以及不同温度下氧扩散的特点和相关结论。

直接测量正常氧扩散

1. 氧扩散的基本原理
   • 氧扩散跳跃被认为是从一个键中心位置（考虑旋转运动后的平均位置）跳到相邻的等效位置。跳跃距离 (d) 等于 ((2/3)^{\frac{1}{2}}a_0/4 = 1.92 Å)，其中 (a) 是 Si - Si 最近邻间距。扩散系数 (D_{oxy}) 等于 (d^2 / \tau)，其中重取向寿命 (\tau)（对于扩散跳跃）在温度 (T) 时由 (\tau_0 \exp (E_a/kT)) 给出。因此，若扩散跳跃不相关，(D_{oxy} = D_0 \exp ( - E_a/kT))，其中 (D_0 = 2a^2/3\tau = 4/8\tau)。
   • 给定温度下测量到的 (D_{oxy}) 的最低值被定义为正常扩散。没有证据表明本征缺陷或其他杂质参与其中，也没有证据表明扩散速率依赖于费米能级 (F_i) 的位置。
2. 单扩散跳跃测量
   • 原理 ：在无应变晶体中，沿 ((111)) 方向的四个键中心位置是等效的，(O_i) 原子的四个相关布居 (n_1 - n_4) 相等。但当沿 ([111]) 方向施加单轴应力时，具有该键