Пасынков.Полупроводниковые приборы (В.В. Пасынков, Л.К. Чиркин - Полупроводниковые приборы), страница 10

Рис. 2.2. Зависимость граничной концентрации неосновных носителей заряда около р-и-перехода от напряжения, приложенного к этому переходу: Б Обр Т вЂ” диапазон больших обратных токов; М. Т. — диана зои малых токов; Б. Пр. Т— диапазон больших пряммх токов м.т. лдт 1 зависимость экспоненциальна, а в выбранном масштабе — прямая, проходящая через значение равновесной концентрации неосиовных носителей заряда при и=О. При больших прямых токах, т.

е. при напряжениях на р-л-переходе, стремящихся к контактной разности потенциалов, изображать зависимость не имеет смысла, При больших обратных токах граничная концентрация неосновиых носителей заряда стремится к значению Р р 1 (т) ил и в х ). $2.4. МЕТОДЫ ФОРМИРОВАНИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРОННО- ДМРОЧНЫХ ПЕРЕХОДОВ Среди разнообразных методов формирования р-л-переходов наибольшее значение имеют два: метод вллавления и метод диффузии примесей. Электронно-дырочный переход, полученный методом вплавлення в полупроводник (с последующей рекристалли- б) а) б) Рис.

2.3. Технологические стадии вплавлеиня примесей в моно. кристалл полупроводника: о — иавеска вплавляемого материала !, содержащая донориую примесь, иа поверхности моиокристалла полупроводиика 2 перед вплаалением, б — расплав материала навески с полупроводником 3 при высо. кой температуре вплввлеиия, в — иабыточиый слой материала иавескн Р па поверхности рекристаллизоваииого полупроводника б восле охлажхеиия 47 Зависимость граничной концентрации неосновных носителей заряда от напряжения Чтобы подвести итог, построим в полулогарифмическом масштабе зависимость граничной концентрации неосновных носителей от напряжения на р-л-переходе (рнс.

2.2). Прн малых токах эта б) Ха х Рис. 2.4, )(иффузиояимй р-и. переход ги) и распределеиие примесей в иолупроводиике восле диффузии в него роноров (б): И, †. исходная коицеитрация акцеоторов; И„ — коицеитрация до. иоров восле диффузии; лз — глубина залегаиия сформироваииого р-я.иерехода зацией полупроводника) металла или сплава, содержащего доиорные или акцепторные примеси, называют силавнмм переходом, а переход, полученный в результате диффузии атомов примеси в полупроводник. — диффузионным. При вплавлеиии в полупроводник металла илн сплава, содержащего доиориые или акцепториые примеси, полупроводник с иавеской вплавляемого материала нагревают до расплавления навески, в результате чего часть кристалла полупроводника растворяется в расплаве навески. При последующем охлаждении происходит рекрнсталлизация полупроводникового кристалла с примесью вплавляемого материала.

Если рекристаллизованный слой получился с другим типом электро- Аи ФФ))зал проводности по сравнению с электбвйррэеб я р ропроводностью исходного полупроа) водника, то иа границе их раздела возникает р-л-переход (рис, 2.3). При создании диффузионного р-л-перехода используют диффузию и„ в полупроводник примеси, находящейся в газообразной, жидкой или твердой фазе (рис. 2.4).

Диффузионные Р-п-переходы, в свою очередь, могут быть нескольких разновидностей. Так, диффузионный р-п-переход, образованный в результате диффузии примеси сквозь отверстие в защитном слое, нанесенном на поверхность полупроводника, называют пяанарным р-п-переходом, В качестве защитного слоя иа кремнии обычно используют диоксид того же самого кремния. На рис. 2.5 показаны этапы технологического процесса формирования плаиарного р-п-перехода. Основой такой технологии является фотолитография. На исходную окисленную пластину моиокристалла кремния наносят слой фоточувствительного вещества — фоторезиста ФР (рис.

2.5, а). Пленку фоторезиста освещают через маску ультрафиолетовым светом (рис. 2.5, б). Экспонированные места фоторезиста полимеризуются и становятся нерастворимыми. После этого иезаполимеризованные части фоторезиста смывают, так что он остается только на облучениых местах (рис. 2.5, в). Затем яроизводят травление пленки диоксида, которая остается только в тех местах, где она была защищена слоем фоторезиста (рис. 2.5,г).

В дальнейшем проводят диффузию необходимой примеси в пластину исходного кремния. Диффузия примеси происходит селективио — только через отверстия или окна в слое диоксида кремния (рис. 2.5, д). Для создания более сложных структур, например транзисторных с близко расположенными двумя р-л-переходами, необходимо еще раз повторить все рассмотренные этапы технологического процесса, т.е, заново окислить пластину кремния, нанести слой фоторезиста, засветить его определенные части поверхности, провести ФР 3)б 31 травление и диффузию примеси через вновь образованные окошки в слое диоксида кремния. Электронно-дырочный переход, образованный в результате конверсии полупроводника, вызванной обратной диффузией примеси в соседнюю область, или активацией атомов примеси, называют конверсионным р-л-переходом.

Так, для создания конверсионного р-и-перехода в германиевом моиокрнсталле применяют германий, содержащий два тица примесей: доиорную и акцепториую (медь). Концентрация меди в германии должна быть болыпе концентрации доноров, т. е. нсход- 31О 31 Фр 31О 31 ФР 31О 31 ныи германии имеет электропровод- ность р-типа. В такой германий проводят вплавление навески металла или сплава. Мель, отличаясь высо- Рис, 2.5. Схема техиологицеского процесса формироваиия цлаиариого р-ц-перехода: а — окислеииая пластинка полу. ароводиика с нанесенным фоторе. аистом, б — эисаоиироваиие фоторезиста чсргэ маску кли фото- шаблон, а — лластиика после раст. ворекия исзаиолимеризоваииого фоторезиста; г — аластиика яослс вмтравливаиия иезашишсииого слоя оксида; д — пластиика восле святая фоторезиста и лроаедеиия диффузии акцеитора ким коэффициентом диффузии в германии, прн вплавлеини диффуиди- Р 31о рует из германия в иавеску.

В ре- 2 зультате из слоя германия, примы- ~) и 31 кающего к навеске, удаляется акцепториая примесь меди, изменяется тнп электропроводности этого слоя, т. е. происходит так называемая конверсия полупроводника. При производстве полупроводниковых приборов широко используют эпигаксиальное наращивание — наращивание моиокристаллических слоев полупроводника иа поверхности монокристаллической подложки того же полупроводника, а иногда н другого по химическому составу полупроводника. При эпитаксиальиом наращивании в зависимо- сти от использованной примеси можно получить эпнтаксиальиый слой с тем же типом электропроводиостн, что и исходный полу- проводник, но с другим удельным сопротивлением, а можно по- лУчить эпитаксиальный слой с другим типом электропроводиости, т е. создать эиитаксиальнмй р-п-переход.

49 Перспективным методом формирования р-и-переходов является метод ионного внедрения или ионной имплантации. Суть этого метода состоит в бомбардировке полупроводника ионами примеси с энергией в несколько десятков килоэлектрои-вольт. Необходимую энергию ионы получают при ускореиии в электрическом поле иоиио-лучевого ускорителя. Перспективность метода иоииого внедрения заключается в возможности проводить управляемое легироваиие поверхностных и подповерхиостиых слоев полупроводника точно дозироваииыми количествами почти любых химических элементов при относительно вязкой температуре полупроводника.

По характеру распределения концентрации примеси различают резкие и плавные р-и-переходы. Переход, в котором толщииа области изменения концентрации примеси значительно меиьше толщииы р-п-перехода, называют резким р-и-переходом. Резкий р-н-переход получается обычно при методе вплавлеиия примеси. Переход, в котором толщина области изменения концентрации примеси сравнима или больше толщииы р-и-перехода, иазывают плавным р-л-лереходом.

Плавный переход получают обычно при изготовлении методом диффузии примеси. По соотношению коицеитраций основных носителей заряда или соответствующих примесей в р- и и-областях различают симметричиые и несимметричные р-л-переходы. У симметричных р-н-нереходое концентрации основных носителей заряда в прилегающих к переходу р и л-областях приблизительно равны (рре нре). Для несимметричных р-и-нерекодое справедливо иеравеиство р е»нре (или л р»р е). В полупроводниковых приборах обычно существуют несимметричные р-л-переходы. Для обозначеиия несимметричных р-и-переходов пользуются следующими символами: р~-н (или н+-р). $2ДЬ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ НДПРЯЖЕННОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО поля и потенцидлд В ЭЛЕКТРОННО-ДЫРОЧНОМ ПЕРЕХОДЕ ют обратному и малому прямому напряжениям иа р-и-переходе пря малых токах через него. Тогда для плоского одномерного р-и-перехода распределение потея циала определяется ура виеиием тр — = — — М(х), Ек' РИ (2.10) при х= — бр <Г=О, — =0; еч ек при х=б„ф=~р„,„— и, — =О.