通过对比3e15和keVBF2，是否可以分辨快速热退火与炉内退火的状态

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文/编辑/渤海阅史

比较pn二极管的泄漏电流

相位噪声主要表现为单边带噪声,是振动器最重要的优点之一。用来表示相位噪声的一个著名公式是利森方程,EQ。  

而接近载波频率, f0 ,晶体管的闪烁噪音，则是由 fC 二极管泄漏电流的射出噪声占主导地位 。

两个噪音源通过1/1/1的上转换,均对单一边带噪音作出贡献，而我们为了尽量减少二极管的射射噪声,就必须尽量减少泄漏电流。

我们比较了不同退火时间下，RTP和炉退火在1000℃下退火的，pn二极管的泄漏电流，泄漏电流贡献是利用，简单的面积和周边贡献模型提取的，此外,我们还进行了高分辨率透射电镜和过程模拟,以解释实验结果。

实验准备与实验过程

我们使用的是200mmn型硅片,0.02毫米的欧氏体电阻率,有一表轴生长,1×1015 共拍 −3 掺杂磷层用作阴极，阳极的定义由热生长的,湿法蚀刻的氧化物硬面具。

其中1A在50KV的条件下,在3×10的剂量下植入BF2进行阳极掺杂，我们共拍 −2用瓦里安E500植入器穿过25纳米的氧化物。

而所有大气条件和工具的退火温度为1000℃，采用TS系列电炉进行炉火退火.对于RTP退火,我们还使用了大气层马特森RTP,SHS2800。

为了避免任何氧气残留物(LOM1PPM),我们在退火前用纯氮清洗RTP10分钟,以保证退火过程中的纯氮环境。

而对于所有大气条件下的炉退火,我们选择了恒定的气体流管，其备用温度为600℃。

同时我们制作了直径在75~300欧姆之间的圆形PN-DE型电极,以区分在5V反向偏差下测量的泄漏电流的面积和边缘贡献。

之后我们列出了用于确定，对二极管泄漏影响的退火条件，其中直径为250分贝的5V反向偏置二极管的标准化测量泄漏电流，而为了提取边缘和面积泄漏电流密度,我们使用了一个简单的模型。

曲线的斜率与 A 1 偏移量图中的数据，这是我们是从晶圆片中央的设备中获得的。

此外,我们还测量了所有情况下,在49个点上直径为250英寸的二极管在晶圆上均匀分布的5V反向偏置的泄漏电流，分析得出的数值如下:

实验中的各项观察数据

在纯氮气氛下,RTP退火的面积和外漏电流密度是最低的，差不多是10倍 A 1 ,周长电流密度,是用于炉火退火的，而面积电流密度 b 1 比2还要大，下面的模拟部分将讨论较低泄漏电流的原因。

而高分辨率透射电镜（High-Resolution Transmission Electron Microscope，简称HRTEM）是一种用于观察物质结构的科学仪器。

它可以通过高能束电子穿过样品，形成透射电子显微图像，并利用这些图像来研究物质的原子结构和晶体结构。

高分辨率透射电镜具有非常高的空间分辨率，可以观察到纳米尺度下的细节，它能够提供原子级别的分辨率，使我们能够研究材料的晶格结构、晶体缺陷、晶界以及原子位置等。

HRTEM的工作原理是将一束高能电子通过透射样品，电子束在样品中相互作用后形成衍射或吸收现象，通过收集和计算电子的散射数据，可以重建出样品的原子结构信息。

高分辨率透射电镜在材料科学、纳米科学、固态物理学和化学等领域中被广泛应用。

它可以帮助我们们理解材料的性质和行为，推动新材料的发展和应用。

试验过程与分析

为了提高对泄漏电流的影响的理解,我们尝试以平面图，和横截面透射电镜的形式，进行了TEM分析。

我们从所研究的平面图，显示了RTP和炉退火的位错网络，并且图中还显示了样品2的平面图。

而2 A显示由于高剂量的植入物，及随后的退火,硅表面附近出现，高浓度的脱位样本2。

然而,正如PN-连接点的标记所显示的,这些位错网络远离有电连接,因此对区域泄漏电流密度没有影响，对于在冲撞和冲撞过程中，长时间扩散的炉火退火,连接点离缺陷更远。

之后我们利用具有先进校准功能的SINPSYS的天仙座过程软件,进行了过程模拟,计算了热退火过程中扩展缺陷的演变,包括311个线性缺陷和位错环。

根据我们找的一些相关研究资料，我们又扩展了位错环演化模型，并使用S-202.06版的仙头龙过程修正语言在IISB上实现和验证的。

后续我们模拟了下列退火条件:

20MINRTP和20分钟炉，模拟的温度分布图还包括横冲和倒冲阶段。

在RTP中,上、下跑时间等于5S,在炉退火中,冲跑持续30分钟,冲降45分钟。

根据实验结果，我们分析了在可变退火条件下，不同二极管弧度的泄漏电流的实验数据,而其中阴极电极边缘泄漏电，流密度的差异最大。

之后我们模拟了掺杂的二维分布，和阴极边缘附近缺陷密度的分布。图中显示了加热炉退火20分钟后,在阴极边缘附近的网滴分布。

其中3 A净剂量的负值为P型掺杂,正值为N型掺杂，PN接头的深度为0.8欧氏米,氧化物掩膜边缘下的连接穿透为0.6m欧氏米。

而根据计算结果表明,在相同条件下,在炉火退火过程中形成的位错环中，加入硅间质的分布情况。

应当指出的是,根据模拟模型,在我们所考虑的退火条件下,故障脱位是主要的脱位类型，在同一地点出现了不同大小的位错环。

如果我们考虑所含硅间质的等位线,我们观察到一些等位线在p型掺杂分布的边缘，穿过了p-连接点。同样的等离子体，仍然留在在阴极掺杂的平面部分的，p掺杂区的左边。

而3 B.这种通过Pn连接物穿透缺陷隔离体的方法可以表明阴极掺杂区边缘泄漏电流密度的潜在增强。当然,这一说法暗示了一个事实,即跨越PN-连接的位错环路增强了泄漏电流。

炉火退火过程（Furnace annealing process）是一种传统的热处理技术，用于改善金属或合金的力学性能、微观结构和材料的工艺性能。

在炉火退火过程中，材料通常被加热到高温，然后缓慢冷却到室温，这个过程中，材料的晶粒尺寸和分布、晶界和位错结构都会发生改变。

主要的目的是消除材料内部的残余应力、提高材料的塑性、改善材料的韧性和强度等性能，具体作用如下：

晶粒生长：高温下，原本较小的晶粒会迅速长大，增加晶体尺寸和晶界面积，从而改变材料的力学性能和导电性能。

残余应力消除：炉火退火过程中，温度的升高和冷却的缓慢可以减少材料内部的残余应力，从而提高材料的稳定性和延展性。

晶界调整：退火过程中，晶界的结构也会发生变化，有助于消除晶界的缺陷，并使晶界更加稳定。

软化材料：高温退火可以改变材料的硬度和强度，使其更加柔软和易加工。

而炉火退火过程通常使用特定的温度和冷却速度，以达到所需的材料性能和微观结构调整。它被广泛应用于金属材料、玻璃和半导体等领域，用于生产各种工业产品和零部件。

之后我们在退火条件下，将硅原子片浓度与位错环和位错环片浓度，结合在一起的时间，进行了演变推演，从而确定其具体情况。

我们通过观察后发现，加入位错环路的硅原子的片状浓度越高,就会产生恒定环路浓度的较高的平均环路半径。

而半径的增加以及位错环密度的增加，则提高了泄漏电流增强的可能性。

后续我们又研究了，N2大气层中20MRTP退火过程中的，位错环中所包含的间质平均片状密度，和断环的片状密度的模拟时间演化。

而在前20秒的RTP退火中，显示相同的时间分辨率，我们看到位错环密度的最大值，是在退火5秒时达到的,在达到1000℃的最大温度后为1秒。

在退火持续时间的剩余时间里,由于退火的结果,只有位错环密度减小，炉火退火也有同样的趋势。

但由于炉火在冲撞过程中温度下降,在冲撞过程中产生了较高的位错密度，即使时间较长,也不能将炉火退火过程中的，位错环路密度降低到RTP退火的低水平。

而在RTP退火的情况下,位错环的浓度比炉火退火的浓度降低,这是由于向超过950℃温度的更快过渡,在此温度下位错环的退火过程开始。

值得注意的是，脱位的平均半径为20MRTP的35纳米,而炉火退火的平均半径为42纳米。

其中位错环的模拟浓度达到约1×10 9 /厘米 2 对退火结束时的两个退火条件，RTP退火的平均位错环径为35纳米,炉退火的平均位错环径为42纳米，而位错环路中心之间的距离,(1/2-DFLOOP),大约为300纳米。

考虑到位错环的尺寸,RTP退火的位错环平均距离为265纳米,炉退火的位错环平均距离为258纳米，我们推测位错环之间的距离对泄漏电流有影响.。

同时由于分子的不稳定性，它们可能会从一个位错环，跳到另一个位错环，因此减少位错环之间的距离，可能导致较高的泄漏电流。

而低泄漏二极管是制造高质量变电容二极管所必需的,这种二极管用于电压控制的振荡器，结漏电流通过1/1的上转换影响振荡器的单边带噪声。

实验最终结论

我们通过对Pn-DODES的泄漏电流测量结果表明,RTA与炉火退火相比,泄漏电流较低。

而根据模拟结果,根据时间和退火温度,通过位错环的形成及其对硅自间质的捕获,对实验进行定性解释。

其中阳极掺杂区边缘泄漏电流的增强，是由于掺杂区边缘Pn-连接处附近有位错环。

而RTP退火过程中较短的加速相,与炉火退火相比,降低了位错环中硅原子的浓度。

我们模拟位错环路参数与透射电镜测量值的比较表明,模拟低估了位错环路的密度,所观察到的位错环路的形状，比模拟中假定的盘形复杂。

其中模拟位错环的类型，虽然不同于平面电镜观察到的类型，然而,位错环的类型不应影响泄漏电流。

而这也足以说明，模拟预测的趋势与测量结果在质量上一致。

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