Гусев - Электроника (944138), страница 16
Текст из файла (страница 16)
Волы -фаралные харэктсри- Г барьерная емкость умень стики р-в-перекопа (а) и изменение шается из-за увеличения тол- тока при изменении полярности пашины перехода г' )рис. 2.)О, и). ггряжсния 'ггз): Зависимость С =,'(Г) пазы- ' ' "'"'"'" 4'""" ' бар г ваюг вольт-фарадной характеристикой. При подклкэчении к р-и-переходу прямого напряжения барьерная емкость увеличивается вследствие уменьшения Однако в этом случае приращение зарядов за счет инжекции играет болыпую роль и емкость р-и-перехода определяется в основном д и ф ф у з и о н и о й составляющей емкости. Диффузионная емкость отражает физический процесс изменения когщептрации подвижных носителей заряда, накопленных в областях, вследствие изменения концентрации инжектированных носителей.
Влияние диффузионной емкости можно пояснить следующим примером. Пусть через р-и-псрсхол протекает прямой ток, обусловленный инжекпией нырок в базовую область. В баэс накоплен зарял, созданный негюновньгнггг носителями, пропорпионпгшный этому хоку, и зарял основных носителей.
обсспсчиваюший этектронейтральносэь полупроволника. При быстром изменении полярности приложенного напряжения инжектироввнные лырки не успевают рекомбинировать и пол,тействием обратного напряжения перехоляг назад в область эмиэтсра. Основные носители заряда движутся в противоположную сторону и улоляг по шине питания. При этом обрядовый ток сильно увеличивается.
Постепенно лополнитсльньгй зараз дырок в базе исчезает (рассасывается) эв счет рекомбинации их с элекэронами и возвращения в Р-обэгасть. Обратный ток уменьшается ло статического значения (рис. 2.10. б). Псрсхол р-л ведет себя полобно емкости, причем заряд диффузионной емкости пропорционален прямому току, проэекавшсму ранее через р-п-перехол. Пробой р-и-перехода. Под пробоем р-п-перехода понимают значительное уменьшение обратного сопротивления, сопровождающееся возрастанием обратного тока при увеличении приложенного напряжения. Различают три вида пробоя: туннельный, лави нный и тепловой.
В основе пгуггггальноагэ пробоя лежит гуннельный эффект, т. е. «просачивание» электронов сквозь потенциальный барьер, высота которого больше, чем энергия носителей заряда. Иными словами, туннельный пробой наступает тогда, когда напряженность электрического поля возрастает настолько, д- лолу- — л -лалр-— брб 8 ссср сйвир бвсл а) Рис.
2.(( Энергетинсская тонная диаграмма, поясняющая туннельныя переход алсктрона (и): аольт-амперная характеристика Г-н-перехода (а): ! .нввнпый пробвп. р нппв вннй проб й. э в .а ой прав н что становится возможным туннельный переход электронов из валевтной зоны полупроводника с электропроводностью односо типа в зону проводимости полупроводника с электропроводност ью лруг ого типа (рнс.
2. 11, а). Тупнсльный пробой чаще всего возникает у полупроводниковых приборов, имеющих узкий переход и малое значение удельного сопротивления, причем напряженность электрического поля должна быть достаточно высокой (более 10б В,'см). При такой напряженности энергетические зоны искривляются настолько, что энергия электронов валентной зоны полупроводника р-типа становится такой же, как и энергия свободных электронов зоны проводимости полупроводника и-типа.
В результате перехода электронов «по горизонтали» из области р в область и возникаег туннельный ток. Начало туннельного пробоя оценивается по десятикратному превьппению туннельного тока над обратным. При увеличении температуры напряжение, при котором возникает туннельный пробой, уменыпается. Волы -амперная характеристика 2 туннельного пробоя представлена на рис.
2.11, б. Лабиннбсй пробой вызывается ударной ионизацией, которая происходит тогда, когда напряженность электрического поля, вызванная обратным напряжением, достаточно велика. Неосновные носители заряда, движущиеся через р-н-переход, ускоряются настолько, что при соударении с атомами в зоне р-л-перехода ионизируют их.
В результате появляется пара электрон — дырка. Вновь появившиеся носители заряда ускоряются электрическим полем и в свою очередь могут вызвать ионизацию следующего атома и т. д. Если процесс ударной ионизации идет лавинообразно, то по гому же закону увеличиваются количество носителей заряда и обратный ток. При лавинной ионизации ток в цепи ограничен только внешним сопротивлением. Для количественной характерист ики этого процесса используется коэффицигнст дибипного улсноженил М„ 74 который показываес, во сколько раз ток, протекающий через р-п-переход, бочьше обратного тока: 1=М„1,в .
Коэффициент можно определить из эмпйрического выражения (2.23) где (с'„р,„„„.„напряжение, нри котором возникает лавинный пробой и ̄— х; а=3 для р=.Я и а=Се, п=5 для р=Ссе и !!=Я. Лавинный пробой возникает в высокоомных полупроводниках, имеющих достаточно большую ширину р-п-перехода. Напряжение лавинно! о пробоя зависит от температуры полупроводника и растет с ее увеличением из-за сокращения длины свободного пробега носителей заряда.
При лавинном пробое падение нагсряжеггия на р-сс-переходе остается постоянным (с на рис. 2.11, б), Тепловой пробой возпикаег в результате разогрева р-п-перехода, когда количессво тецлогы, выделяемой током в р-п-переходе, больше количества теплоты, отводимой от него. При разогреве )р-и-перехода происходит интенсивная генерация и!ектроннсьптырочных пар и увеличение обра гного тока через р-п-переход. Это, в свою очередь, приводит к дальнейшему увеличению температуры и обратного тока.
В итоге ток через р-сс-переход лавинообразно увеличивается и наступает тепловой пробой (3 на рис. 2,11, 6). Следует заметить, что один вид пробоя может наступать как следствие друс ого вида пробоя. Е 2.5. ОснОВные технОлОГические ЛРОыессы, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ И ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ Рассмотрим некоторые технологические процессы, применяемые при изготовлении полупроводниковых приборов и интегральных микросхем.
Гплавлеиие полупровс!с)!сика с меспаллами или их сплавами -- это технологический процесс, который состоит в том, что в пластину полупроводника вплавляют металл или сплав металла, содержащий примеси, необходимые для образования зоны с электропроводностью требуемого типа, Для сплавления полупроводника с металлами на пластину полупроводника помещают таблетку примеси. Затем систему нагревают до температуры, при которой примесь расплавится и начнется частичное растворение материала полупроводника в примесном материале.
После охлаждения в полупроводнике образуегся облас.! ь с электропроводностью требуемого типа. Сплавные р-и-переходы относятся к числу резких (ступенчатых). Онн имеют высокую надежность, работоспособность при больших обратных напряжениях. малое собственное сопротивление р-п-областей, что при прямом смещении р-и-перехода обеспечивает малое падение напряжения на них. Этот технологический процесс широко применяют при массовом изготовлении сплавных диодов и транзисторов.
Электротинические методы получения р-и-переходов применяют. когда необходимы малые расстояния между р- и и- областями (например, в транзисторе можно получат ь расстояние между эмиттером и коллектором порядка 3 — 4 мкм). Сугцность метода состоит в электрохимическом осаждении металла на поверхность цолупровод|гика. В результате реакции образуется контакт металл . полупроводник, свойства которого зависят от физических характеристик материалов. В редких случаях применяют комгтнировипие элект)ю:ги.иическоео осаждения и тлавления.
Для этого полупроводник. в лунках которого произведено осаждение металла, нагревают до температуры, необходимой для вплавления последнего в полупроводник. Такую технологию создания р-п-переходов называют микросплавной. р-я-переходы, полученные электрохимическим осаждением и сплавлением, обычно используют при производстве высокочастотных полупроводниковых приборов. ~1иффуэия . это процесс. с помощью которого на поверхности или внутри пластины полупроводника получают рили и-области путем введения акцепторных или донорных примесей.
Проникновение примесей внутрь пластины полупроводника происходит за счет диффузии атомов, находящихся в составе паров, в атмосферу которых помещена нагретая до высокой температуры полупроводниковая пластина. Так как атомы примеси диффундируют из области высокой концентрации со скоростью, определяемой коэффициентом диффузии, то наибольшая концентрация примесей наблюдается у поверхности полупроводника, С увеличением расстояния от поверхности вглубь полупроводника концентрация примесей монотонно убывает.
Переход р-и возникает в области, где концентрация носителей заряда близка к той, которая имеется у материала без примеси (при собственной электропроводности). Ввиду неравномерного распределения примеси по толщине в области, полученной диффузией, имеется собственное электрическое поле. Разница в значениях коэффициентов диффузии у разных материалов использована ддя одновременного получения двух областей с разным типом злектропроводности, Так, для германия коэффициент диффузии донорных примесей на несколько порядков вьппе коэффициента диффузии акцепторных примесей, а в кремнии наб:подается обратная картина.
По- этому, если пластину полупроводника поместить в высокотемпературнук> среду газа, содержащего пары как донорных, так и акцепторных примесей, атомы примесей с большим коэффициеигом диффузии проникнут глубже внутрь полупроводника и создадут область с соответствующей электропроводносгью. Атомы примесей с меньшим коэффициентом диффузии образуют вблизи поверхности полупроводника область с противоположным тином электропроводности.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
