Целью первого этапа диффузии является введение в полупроводник точно контролируемого количества примеси, которое будет служить ограниченным источником на втором этапе процесса. При этом поверхностная концентрация примеси на границе x = 0 все время остается постоянной и равной N0. Граничные условия для решения второго уравнения Фика могут быть записаны в виде
(3.5)
Это означает, что в начале процесса примесь в объеме кристалла отсутствует, однако на поверхности ее концентрация в любой момент времени равна N0. В процессе диффузии примесь к поверхности кристалла поступает из внешнего источника непрерывно и поток ее все время одинаков. Поэтому про-цесс и получил название диффузии из бесконечного или неограничен-ного источника.
Решением уравнения Фика будет выражение
(3.6)
Функция erfc y - дополняющая к функции ошибок erf y - равна
Уравнение (3.6) хорошо выполняется при диффузии примеси из газовой или паровой фазы. Распределение примеси для двух времен t1<t2 показано на рис.3.3.
Величина постоянной поверхностной концентрации N0 определяется скоростью потока примеси, поступающей к поверхности кристалла,
Тогда за время t в твердое тело поступит количество примеси, определяемое выражением
(3.7)
Это выражение хорошо выполняется в том случае, когда глубина проникновения примеси достаточно велика - превышает несколько микрометров, а концентрация примеси сравнительно невелика - не более
1019 см–3. Максимальное значение величины N0 равно предельной растворимости примеси в кремнии при данной температуре. Предельная растворимость определяется фазовой диаграммой состояния для кремния и соответствующей примеси.
Величины предельных растворимостей основных легирующих примесей в кремнии приведены в табл.3.1.
Таблица 3.1