Гусев - Электроника (944138), страница 17
Текст из файла (страница 17)
При этом необходимо, ч гобы концентрапия примесей с малым коэффициентом диффузии была значительно больше концентрации примеси с болыцим коэффициентом диффузии. Качество процесса диффузионного получения переходов во многом зависит от точности поддержания требуемой температуры. Например, при температуре 1000--!200 'С изменение ее на иесколько градусов может в два раза изменить коэффициент диффузии.
Двухст»ди>уную (двухэ>п>>пную»)иффузи»> применяют для уменьшения влияния изменения температуры на качество полупроводниковых приборов, получаемых методом диффузии. В первой стадии на поверхности полупроводниковой пластины при сравнительно низкой температуре получают стеклообразный слой, содержащий легирующие примеси. Во второй — . полупроводниковую пластину помещаю> в печь с более высокой температурой, при которой диффузия примесей происходит из стеклообразного слоя в глубь пластины, а на поверхпости полупроводника остается диэлектрическая пленка оксида.
Двухстадийный процесс диффузии част о используют при введении примесей бора в кремний. В качестве источника примесей используется борцый ангидрид В.О>. На> ревая пластину и борпый ангидрид в атмосфере водорода, на поверхности ее получают слой боросиликатного стекла. Нагрев пластины до более высокой температуры обеспечивает диффузию бора из слоя стекла внутрь пластины.
При этом поверхность оказывается покрытой оксидом б!О,, который является диэлектриком. Таким образом, при двухстадийной диффузии осуществляется дозированно введение примесей из стеклообразного слоя в полупроводник. Элитаксией называют процесс выращивания одного моно- кристалла на грани другого. Полупроводниковые эпитаксиальные пленки могут быть получены различными способами: термическим испарением в вакууме, осаждением из парообразной фазы, распылением в газовом промежутке. Изменяя тип примеси и условия выращивания можно в широких пределах изменять электрические свойства эпитаксиальной ш>енки. Следует отметить, что процесс эпитаксии при изготовлении полупроводниковых элемеи>ов может заменить процесс диффузии.
И»н»>и лег»ровиние сводится к бомбардировке в вакууме нагретой полупроводниковой пласт ины ионами примеси, ускоренными до определенной скорости. Ионы, внедрившиеся в полупроводниковую пластину, играют роль донорных или акцепторных примесей. Это позволяет, не прибегая к пропессу диффузии, получать зоны, имеюшие определенный тип электропроводности. Такую технологию называют элио н н о й. В настоящее время в производстве полупроводниковых приборов используют ионную имплантацию легирование примесями одного из изотопов бора. При этом для маскирования используют или тонкий слой алюминия. или толстый слой диоксида кремния Викуумггое напыление заключается в следующем. Напыляемый металл нагревают в вакууме до температуры испарения. Затем его осаждают на покрываемую поверхность, имеющую сравнительную низкую температуру.
Для получения требуемого «рисунка» напыление производят через металлические маски, имеющие соответствующие прорези. Киигодггое рагиылеиие применяют для осаждения тугоплавких соединений. Процесс основан на явлении разрушения катода при бомбардировке его ионизированными атомами разреженного газа. Инертный газ, например аргон, вводят в исцарительную камеру под давлением ! !О- Па. В системе создают тлеющий разряд.
Ионы газа интенсивно бомбардируют катод, в результате чего его атомы приобретают необходимую энергию и вылетают с поверхности катода. Затем опи попадают на полупроводниковые пластины и, оседая на них, покрывают полупроводник слоем металла. Эггектролитичеекие и химическое огиагедеггие применяют при наличии электропроводной подложки из инертного по отношению к электролиту материала. На нее электролитическим или химическим путем осаждается пленка из водного раствора солей металлов (электролита). Оксидное маскирование используют для того, чтобы обеспечить диффузию только в определенные участки пластины, а остальную поверхность защитить оэ проникновения атомов примеси.
Хорошей маской, ограничиваюшей области, диффузии, является диоксид кремния В!Ог. Это объясняется тем, что скорость диффузии примесей в диоксиде кремния значительно меньше. чем в чистом кремнии. Кроме того, диокснд кремния является хорошим диэлектриком. Поэтому окисление — - неотъемлемый этап технологического процесса изготовления интегральных микросхем. Для получения оксида пластину нагревают до температуры 900 — 1200 "С в атмосфере влажного кислорода.
В полученной пленке оксида согласно схеме в последующем вытравливают окна, Этот процесс обычно применяют при изготовлении кремниевых ингегральных микросхем. Фоиго.гггтографил--. это процесс получения на поверхносги пластины требуемого рисунка. Поверхность полупроводника, маскированного оксидной пленкой, покрывают фоторезистором 1светочувствительным слоем). Затем для обеспечения равномерности покрьггия пластину помец1ают на цен7рифугу и сушат. После мого экспонируют поверхности ультрафиолетовым излучением через маску, на которой выполнен требуемый рисунок в виде прозрачных и непрозрачных участков.
Участки фото- резистора„оказавшиеся освегценными. будуг задублены, а с неосвещенных 1незадубленных) участков фоторезист удаляют специальным составом. Х)7ивление использую 7 для того, чтобы с участков, не защищенных задубленным фоторезистором плавиковой кислотой. стравить диоксид кремния. В результате в оксидной пленке образунэтся окна. через которые и производится диффузия. я 2.6. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ Полупроводниковым диодом называют полупроводниковый прибор с одним электрическим р-л-переходом и двумя выводами. В зависимости от технологических процессов, использованных при их изготовлении, различают точечные диоды, сплавные и микросплавные, с диффузионной базой, эпитаксиальные и др.
По функциональному назначению диоды делят на выпрямительные, универсальные„импульсные, смесительные, детекторные, модуляторные, переключающие, умножигельные, стабилитроны 1опорные), туннельные, параметрические, фотодиоды, светодиоды. мщ нитодиоды, диоды Ганна и т.
д, Большинство полупроводниковых диодов выполняют на основе несимметричных р-л-переходов. Низкоомную область диодов называют змиттером, а высокоомную — базой. Для создания переходов с вентильными свойствами используют 77-77-, Р-ьз и-ьпеРеходьц а также пеРеходы металл полУпРоводник. Идеализированная вольт-амперная характеристика диода описывается выражением 12.19). В реальных диодах прямая и обратная ветви вольт-амперной характеристики отличаются от идеализированной. Это обусловлено тем, что тепловой ток 1г при обратном включении составляет лишь часть обратного тока диода. При прямом включении существенное влияние на ход вольт-амперной характеристики оказывает падение напряжения на сопротивлении базы диода, которое начинает проявляться уже при токах, превышающих 2- -!О мЛ.
При практическом использовании диодов выделять составляющие. которые искажают идеализированную вольт-амперную характеристику, сложно и нецелесообразно. Поэтому 79 у реальных диодов в качестве одного из основных параметров используют обратный ток 1„,, который измеряют при определенном значении обратного напряжения. У германиевых диодов 1,бр - 1т, у кремниевых 1„б„» 1, . Так как значения обратного гока у диодов изменяются в бпироких пределах (от экземпляра к экземпляру), в паспортных данных на каждый вид диода указывается его максимально допус1имое значение. Тепловой ток и остальные составляющие обратного тока сильно зависят от температуры.
Для теплового тока справедлива зависимость 1т( Т) =1т( 2о) е (2.24) где ЬТ= Т вЂ” Тел 1; (Т,) — тепловой зок пРи темпеРатУРе Т„; и-.. постоянный коэффициент (для германия по,-0,09 К ' при Тс.350 К, для кремния иб;-О,!3 К ' при Т<400 К). С помощью выражения (2.24) можно ориентировочно определять обратный зок при разных температурах р-л-перехода у ~ерманиевых диодов. В кремниевых диодах в диапазоне рабочих температур доля теплового тока в полном обратном токе невелика: 1„б, )О'1т.
У них обратный ток в основном определяется генерационно-рекомбинационными явлениями в рл-переходе. Для инженерных расчетов обратного тока в зависимости от температуры окружающей среды можно пользоваться упрощенным выражением 1 бр(1) 1абр(ТО)2 (2.25) где Т' приращение температуры, при котором обратный ток 1„,„(Тб) удваивается (Т'"-8 — !О 'С для германия и Тбб — '7 С для кремния). В практике часто считают, что обратный ток германиевых диодов увеличивается в два раза, а кремниевых в 2,5 раза при увеличении температуры на каждые )О 'С.
При этом фактическое изменение обратного тока обычно занижается. Так как обратный ток в кремниевых диодах на несколько порядков меньше, чем в германиевых, им часто пренебрегают. Прямая ветвь вольт-амперной характеристики диода отклоняется от идеализированной из-за наличия токов рекомбинации в р-л-переходе, падения напряжения на базе диода, изменения (модуляции) сопротивления базы при инжекции в нее неосновных носителей заряда и наличия в базе внутреннего поля, возникаюп[его при болыпом коэффициенте инжекпии.
С учетом падения напряжения на базе диода запишем уравнение прямой ветви вольт-амперной характеристики диода: 1=1; (е~ ' '"! ' — !), (2.26) где гб омическое сопротивление базы диода. :еар,и«А а) гекр, и«А д7 к) Рис. 2.12. Вольт-амиерные характеристики гсрмвнисвого (а) и кремниевого (6) анолов, условное обозначение (е) Прологарифмировав (2.26), найдем падение напряжения на диоде: (1= [грт!п(1)1т+)Ц+1«е. (2.27) Для малых токов 1 (2.27) имеет вид грт)п( 1)1т+ (). Падение напряжения на диоде Г зависит от тока 1, про~екающего через него, и имеет большее значение у диодов с малым 1, . Так как у кремниевых диодов тепловой ток 1, мал„то и начальный участок прямой ветви характеристики значительно более пологий.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
