До теперішнього часу найбільш повні дані про коефіцієнти дифузії різних домішок отримані для германію та кремнію Спочатку основна увага при дослідженні дифузії було зосереджено на визначенні коефіцієнтів дифузії тих домішок, які суттєво змінювали електричні властивості цих напівпровідників і приводили до виникнення p n-Переходів До таких домішок перш за все відносяться елементи IIIA і VA підгруп таблиці Менделєєва, які утворюють з германієм і кремнієм, як правило, тверді розчини заміщення і створюють у забороненій зоні «дрібні» водородоподобних енергетичні рівні Ці домішки порівняно легко іонізуются, тому в широкому інтервалі температур є основними джерелами носіїв струму при цьому приводимість Ge і Si змінюється у великому діапазоні (на кілька порядків)

Подальші дослідження були зосереджені на вивченні дифузії Li, Cu, Au, Ag, Zn, Ni і Fe Ці елементи, за винятком літію, також утворюють з германієм і кремнієм, як правило, тверді розчини заміщення, але створюють в забороненій зоні глубоколежащие багатозарядні, як правило, акцепторні рівні, число яких відповідає різниці між числом валентних електронів германію (кремнію) і атома домішки (див гл 3) Такі «глибокі» рівні виступають як рівні захоплення або рекомбінації носіїв струму і грають велику роль в нерівних процесах, зменшуючи час життя і прискорюючи рекомбінацію неосновних носіїв струму в напівпровідниках Літій з германієм і кремнієм утворює твердий розчин впровадження і є донором з одним рівнем

У табл 81 наведені дані досліджень температурних залежностей коефіцієнта дифузії D для різних домішок в Ge, які практично всі задовільно описуються формулою D =

D0 exp(−Q/kT)

З таблиці видно сильне розходження в значеннях коефіцієнтів дифузії D і параметрів D0 і Q у елементів IIIA-VA груп і деяких елементів з II і VI груп, з одного боку і у елементів IB, VIII (перехідні метали) груп таблиці Менделєєва і Li, з іншого сто

Таблиця 81 Дифузійні параметри різних домішок в Ge [19, 24, 41]

Домішка ГрупаD0, см2 / сQ, ЕВT , ◦C       D, См2 / с Na I 007 208 700-850 12 · 10-11

Be             II             05           25      720–920    91 · 10−13

Zn            II             065         255     825–918    69 · 10−13

Cd           II        175 · 109        442    760–915    30 · 10−12

B            III        60 · 108           45      760–850    44 · 10−13

Al           III        10 · 103         345    554–905    62 · 10−14

Ga            III              10            30      650–900    81 · 10−14

In            III         18 · 104          364     554–919    16 · 10−13

Tl            III         17 · 103           34      800–920    18 · 10−13

Ge            IV            136          309     535–904    42 · 10−14

Sn            IV             70           305     798–846    57 · 10−13

Pb           IV         16 · 103           36         800       20 · 10−14

P              V              12            24      650–900    64 · 10−12

As            V               3            243     750–900    12 · 10−11

Sb            V             35          245     750–850    11 · 10−11

Bi            V            33           25      750–850    60 · 10−12

O             VI             04          208     285–760    68 · 10−11

Te           VI            56          243    770–900    22 · 10−11

Li            I         13 · 10−3        046    350–800    90 · 10−6

Fe           VIII           013           11      775–930     89 · 10−7

Ni           VIII            08          091     700–875     43 · 10−5

Co          VIII           016          112     750–850    88 · 10−7

Cu            I         19 · 10−4        018    700–900    28 · 10−5

Ag            I         74 · 10−2         10     730–900    88 · 10−7

Au            I         35 · 10−6        063    800–900    38 · 10−9

H             I        272 · 10−3       038    780–930    45 · 10−5

He           0        61 · 10−3        069     795–872    35 · 10−6

Xe           0         5 · 10−6           12     250–980    12 · 10−11

рони Перша група домішок має D на кілька порядків менше («повільно» диффундирующие домішки), ніж друга група («швидко» диффундирующие домішки) енергії активації дифузії Q у першої групи більше, ніж у другої D0 теж більше в першій групі, ніж у другій Однак з таблиці видно, що існує великий розкид у значеннях D0 і Q в самих групах Тут слід мати на увазі, що інтервал надійного визначення параметрів дифузії, особливо для домішок першої групи, досить вузьке через їх малих глибин проникнення в кристал Тому до наведених значень D0, отриманим екстраполяцією, слід ставитися як до оціненим з точністю до порядку Проте отримані дані дозволяють зробити висновок про різні механізми дифузії для цих двох груп домішок Аналогічна ситуація спостерігається і при дослідженні дифузії різних домішок в Si [39, 41]

Так як домішки першої групи утворюють з германієм тверді розчини заміщення, то можна вважати, що і дифузія в них носить вакансійних характер У цьому випадку Q можна ототожнити з відповідною енергетичної характеристикою Qa + Qv у формулі (89)

Дифузію домішок другої групи можна трактувати як міжвузольні З цим повністю узгоджуються експериментальні дані по Li Він утворює з германієм твердий розчин впровадження і в кристалічній решітці є донором, що створює електронні рівні, розташовані на 001 еВ нижче дна зони провідності Дійсно, Li має найменший у порівнянні з іншими елементами іонний радіус rLi+ = 068 A ˚, тому іонізованний атом Li + може вільно переміщатися по Міжвузля решітки Ge Щодо інших «глибоких» домішок другої групи (Cu, Ni, Fe, Au і т д) питання про міжвузольні механізмі дифузії не настільки очевидний Ці домішки є, як правило, акцепторами в Ge, а такий характер їх електричної активності можливий тільки в тому випадку, коли ці домішки розташовані у вузлах решітки Припущення про їх міжвузольні дифузії може бути підтверджено лише в тому випадку, якщо буде експериментально доведено, що дифундують вони не у вигляді іонізованних акцепторів A-, а у вигляді іонізованних донорів D + Для цього необхідно визначити зарядове стан дифундуючих домішкових іонів

Джерело: І А Случинський, Основи матеріалознавства і технології напівпровідників, Москва – 2002