Крутогин - Материалы и компоненты микроэлектроники (1074334), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Возможна гетероэпитаксия* (слои одного43АшВv наращиваются на подложку другого АшВv) т.к. нет значительногоразличия параметров решетки и ТКЛР для слоя и подложки.Высокая подвижностьеобеспечивает применение некоторых АшВv на СВЧ:Приборы на GaAs работоспособны до 30-40 ГГц , на InP до 100 ГГц (миллиметровыеволны).Высокаяизлучательнаярекомбинациявпрямозонных переходах с КПД преобразования энергии в свет до 10-30%, восновном, на GaAs – GaAlAs – позволила создать яркие светодиоды илазерные диоды ( красные , желтые).На GaN – GaAlN – в последние годы созданы зеленые, синие,фиолетовые светодиоды и лазеры.
На светодиодах трех основных цветов(RGB -red-green-blue) можно реализовать перестраиваемый полноцветныйизлучатель, на ультраярких зеленых или синих светодиодах – белыйсветодиод со вторичной люминесценцией. На GaAs и многих других АшВvтрудно добиться стехиометрии, но можно эффективно перелегировать ихглубокими акцепторами и создать «полуизолирующий» GaAs сОм.сми- 102 – 1085…7х 1000 см2/в.сек . Можно сделать интегральные схемы наполуизолирующей подложке. Можно создать сверхрешетки( так называютмногослойки различных АшВv) с высокой концентрацией носителей заряда neв одном слое и высокой подвижностиюев соседнем. Толщина слоевсверхрешетки: 10-30 атомных слоев (см. рисунок 20).
Весьма перспективна иреализована гетероэпитаксиальная пара ( Ge- GaAs ).В технологии АшВv много специфическихтрудностей – непростовыдержать стехиометрию, многие В – компоненты. – летучи; например N, P,As, Sb. Их соединения PH3, AsCl3 – еще и токсичны. Азот как компонентсостава малоактивен при низкой температуре ( синтез нитридов более-менееактивно идет при 2200оС и выше), почти все тигельные материалы при такойтемпературе разрушаются или загрязняют расплавы. Поэтому получениекачественных кристаллов АшВv – технология высшей сложности!44Рисунок 20 – Гетерокомпозиция с двумерным электронным газомSiC – единственное полупроводниковоесоединение в 1У группе.Область применения--оптоэлектроника и дискретные приборы для высокойтемпературы, рабочая температура карбидкремниевых приборов достигает500-6000С.Свойства основных полупроводников, в том числе и соединений АшВvПриведены в таблице.P – N переходp – n переход – это металлургическая граница двух типов легированияодного кристалла. Термин «металлургическая» означает, что полученаграницавысокотемпературнымиспособами,приэтомфизической(структурной) границы в кристалле между двумя по-разному легированнымиобластями нет, кристалл структурно однороден.n1 – p –n2 – два встречно включенныхn – pперехода образуюттранзисторную структуру.
В ней обычно n1 больше n2 на 2-3 порядка ( например 1020 – 1017 ). Транзистор - основной элемент полупроводниковой45электроники, как дискретной, так и микросхемной. .Разнообразныеприменения транзистора иллюстрирует рисунок 21.ТаблицаНаименование парметраЗначение параметраSiТип кристаллической решеткиGe«алмаз»GaAsGaP«цинковая обманка»Параметр решетки , нм0,5430,5660,5650,545Температура плавления, К1683121015111640Предельная рабочая температура, К4203706701170Подвижность электронов при 300 К,1400390085001504751900400751,120,671,432,242.105601091081,45.10102,4.10186,0.108-2,6.10-65,75.10*66,9.10-65,8.106140604554Диэлектрическая проницаемость11,615,810,913,3Плотность, г.см-32,35,55,5-см2/(В.с)Подвижность дырок при 300 К,см2/(В.с)Ширина запрещенной зоны при 300 К,эВУдельное сопротивление (собственное)при 300 К, Ом.смКонцентрация носителей ni при 300 КТКЛР ( 300 К ), К-1Коэффициент теплопроводности,Вт/(м.К)46Рисунок 21.- Применение транзисторов в РЭАСоздать n – р переход можно разными способами:а) вплавление Аш металла в n- кристалл 1У группы (пример- In в Ge .);б) диффузия Аш или Ву элемента из газовой фазы или из расплава наповерхность кристалла 1У группы;в) в процессе роста кристалла – перелегировать исходный расплав;такой переход называется - «тянутый», к сожалению много таких переходовна кристалле не сделаешь;г) эпитаксия (ориентированное наращивание из газовой или жидкойфазы легированного слоя на подложку);д) ионная имплантация (легирующие примесные ионы разгоняются вспециальном небольшом ускорителе - имплантере и за счет набраннойэнергии механически внедряются в полупроводник ) – это дорогой исравнительно медленный, но точный и локальный прием легирования;е) новый способ – сращивание пластин, взятых из 2-х различнолегированныхмонокристаллов,покатолькоизучается,т.кобещаетзначительные преимущества по технологичности и качеству.Равновесныйp-nпереход характерен двойным заряженным слоемионизированных легирующих ионов разного знака и наличием некоторой47тонкой области, где нет никаких носителей, т.е.
слоем кристалла с высокимсопротивлением.Уровень Ферми характеризует среднюю энергию электронов в объѐмематериала и потому постоянен по любому направлению в кристалле. Всяобласть искажений в зонной диаграмме (толщина p-n перехода ) – можетсоставлять 0,1 – 0,5 мкм.Контакт металл – полупроводникВыпрямляющийэффектграницыметалл-полупроводникбылобнаружен ещѐ в 19 веке, практически использован в начале ХХ века ( купроксные - Cu-Cu2O и селеновые выпрямительныевыпускались до 60-х годов), точечныедиодымассоводиоды – детекторы (контактметаллической иголки с полупроводником)и сейчас используются.Существуют два типа контакта Ме-полупроводник:а) выпрямляющие ( диоды с барьером Шоттки );б) омические ( т.е.
подчиняющиеся закону Ома ) – не выпрямляющие –необходимые для контакта полупроводникового прибора с выводами ( или скоммутацией ), подвода и отвода управляемых токов и напряжений.Если вероятность заполнения некоторого энергетического уровня вполупроводнике меньше, чем в металле, то при соприкосновении ( контакте)часть электроновМеперейдет в полупроводник. Это характерно дляполупроводника «р» . В результате в полупроводнике у границы число дырокуменьшится, обнажаются отрицательно заряженные акцепторные ионыивозникшее на контакте поле тормозит переход следующих электронов.
Этаситуация подобна полю в области n-p перехода, но возникший потенциалпоменьше, заряженный слой тоньше.Для n-полупроводника заполненные уровни с электронами лежат выше,чем в металле , и в образовавшемся контакте часть их стечет в металл.Донорные ионыD+ в полупроводнике создадут приграничноеполе,48втягивающее электроны назад. Зона проводимости изогнется вверх. Как и впредыдущем случае на границе возникает потенциальный барьер. Напрактике в простом прижимном контакте эти эффекты реализовать нельзя,но на игольчатом или напыленном в вакууме контакте уже можно.Оба типа контакта имеют слой, обедненный основными носителями.Ms=M-s– контактная разность потенциалов. Потенциальный барьер ( такназываемый барьер Шоттки) работает как p-n переход, но обладает оченьмалой емкостью, т.к.
нет процесса диффузии и накопления неосновныхносителей.Может возникнуть даже инверсионный слой в полупроводнике( толщиной 1-2 мкм ) при большихMs. Не забудем, что на поверхностиполупроводника в зоне контакта кроме металла есть ещѐ много другихповерхностных состояний (обрывы атомных связей, выходы вакансий,неудаленные оксиды, конденсированная влага и т.п.). Все они влияют навысоту потенциального барьера.Омический контактЕсли в контакте металл – РMs >0 , а в контакте Ме –nMs< 0, токоличество основных дырок у контакта возрастет, (или основных электроновво втором случае ).Так или иначе приконтактный слой полупроводника будет обогащеносновными носителями и не будет участком высокого сопротивления. Значитвлиять на общее сопротивление будет нейтральный слой полупроводника, ане контактный.
Так работаютомические контакты. Например, слой Al наповерхности Si ( полученный напылением и последующим вжиганием )–дает омический контакт. ДляSi – рAl является акцептором идополнительно легирует полупроводник. Для Si-n типа, чтобы случайно неперелегировать его Al дополнительно подлегируют поверхность донорамидо n+ .49Граница полупроводник – диэлектрик ( на примере Si – SiO2 )В пленках SiO2 всегда вероятны остаточные примеси - доноры - Na ,K, H – из травильных растворов, из стеклооснастки, из паров воды. Доноры(маленькиепоразмеруидостаточноподвижныеионы)склонныпереместиться на границу оксида с кремнием и зарядиться да Nd+ , а ихэлектроны уходят в полупроводник и располагаются поблизости от своихNd+, в приповерхностном слое.
Для Si-p это может привести к инверсии(перемене) типа проводимости или к обеднению дырками в «р»-области. ДляSi-n это приводит к дополнительному обогащению электронами и созданиюприповерхностногопроводящегоцентрации электронов N SiO2 = ( 0,5n-канала.Приповерхностнойкон-2)1012 см-2, при толщине слоя 10-7 м .МОП(Металл-Оксид- Полупроводник) транзисторы работают на n-каналеили на инверсионном n-канале в pSi .503. П Р О В О Д Н И К ИПроводники - материалы с низким сопротивлением: <10-4 Ом.см. Этотакиедеталирадиоэлектроннойаппаратуры(РЭА)как:контакты,токоведущие дорожки (то, что раньше было проводами) – шины, обкладкиконденсаторов, ну и резисторы – регуляторы токов в цепи.
К проводникам извеществ относят все металлы, полуметаллы – углерод (графит), As , Bi, Sb,растворы электролитов. Позже увидим, что в некоторых случаях можноэффективноиспользовать в качестве проводников сильнолегированныеполупроводники.Строго научный критерийметалла – существование электропро-водности при Т = 0 К, по этому критерию к металлам примыкает графит иоксид ванадия VO2 .Металлы делятся на s-металлы(типа щелочных), p – металлы (примерAl, Ga ) и металлы переходных групп ПС,металлов: Ag, Cu, Au, Al.лучшие проводники средиПо сравнению с ними у переходных металлов(МПГ ) в 3-6 раз выше сопротивление. Но среди МПГ – все самыепрочные(титан, тантал), самые тугоплавкие (вольфрам, молибден, рений),все магнитоактивные ( ферромагнитные) металлы.связях электронов из d-подоболочекгибридные связиУчастие в химическихделает ковалентно-металлическиеМПГ особенно прочными.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
