Рис.2. Последовательность операций планарно-эпитаксиальной технологии производства биполярных полупроводниковых ИМС с изоляцией элементов p-n-переходами.
На рис. 2:
- механическая обработка поверхности рабочей стороны Si пластины р-типа до 14-го класса чистоты и травление в парах НС1 для удаления нарушенного слоя;
- окисление для создания защитной маски при диффузии примеси n-типа;
- фотолитография для вскрытия окон в окисле и проведения локальной диффузии в местах формирования скрытых слоев;
- диффузия для создания скрытого n + -слоя;
- снятие окисла и подготовка поверхности перед процессом эпитаксиального наращивания;
- формирование эпитаксиальной структуры;
- окисление поверхности эпитаксиального слоя для создания защитной маски при разделительной диффузии;
- фотолитография для вскрытия окон под разделительную диффузию;
- проведение разделительной диффузии и создание изолированных карманов;
- окисление;
- фотолитография для вскрытия окон под базовую диффузию;
- формирование базового слоя диффузией примеси р-типа;
-окисление;
- фотолитография для вскрытия окон под эмиттерную диффузию;
- формирование эмиттерного слоя диффузией примеси n -типа;
- фотолитография для вскрытия контактных окон;
- напыление пленки алюминия;
- фотолитография для создания рисунка разводки и нанесение слоя защитного диэлектрика.
Структура и принцип действия биполярного транзистора
Транзистор является основным элементом полупроводниковых ИС. Это объясняется не только наиболее широким применением транзисторов вообще, но и тем, что все остальные элементы (диоды, резисторы, конденсаторы) формируются на основе полупроводниковых материалов областей транзисторной структуры.
Структура n-p-n биполярного транзистора приведена в Приложении 4.
Название транзистора - биполярный - означает, что в физических процессах, проходящих в этом полупроводниковом приборе, участвуют как электроны, так и дырки. Движение носителей заряда может быть вызвано двумя причинами: наличием градиента концентрации носителей или наличием градиента электрического потенциала. В первом случае возникает диффузия носителей, во втором - дрейф носителей в электрическом поле. Если действуют обе причины, то полный ток носителей состоит из диффузионной и дрейфовой составляющих.
В полупроводнике р-типа основные носители - дырки, в полупроводнике п-типа - электроны. И в электронный, и в дырочный полупроводник могут быть тем или иным способом введены неосновные носители. Процесс введения неосновных носителей называется инжекцией. Предположим для определенности, что в поверхностный слой дырочного полупроводника осуществляется инжекция электронов. Инжектированные электроны благодаря градиенту концентрации начнут диффундировать с поверхности в объем полупроводника. В нем появится электронный ток. Избыточный заряд неосновных носителей - электронов - будет немедленно компенсирован таким же зарядом дырок, притягиваемых к поверхности из глубины полупроводника. Если инжекция неосновных носителей осуществляется постоянно под действием внешнего электрического поля, возникнут потоки электронов и дырок, направленные в разные стороны.
Неосновные носители - электроны - будут двигаться вглубь полупроводника, а основные носители - дырки - в сторону инжектирующей поверхности, вблизи которой происходит интенсивная рекомбинация дырок с электронами. Полный ток в цепи - величина постоянная, поэтому его электронная и дырочная составляющая меняются в разные стороны: с удалением от поверхности электронный ток убывает (из-за рекомбинации), а дырочный ток растет. Вдали от поверхности дырочная составляющая - главная и имеет чисто дрейфовый характер (дырки двигаются в поле, созданном внешним напряжением); наоборот, в непосредственной близости к поверхности ток почти чисто электронный и обусловлен диффузией электронов.
При инжекции электронов в неоднородно легированный полупроводник с внутренним электрическим полем, их диффузия будет сочетаться с дрейфом под действием этого поля. Так как легирование кремниевой пластины донорными или акцепторными примесями при изготовлении микросхем осуществляется с рабочей стороны поверхности, то в полупроводниковых слоях всегда имеется градиент концентрации примеси и движение в них носителей тока является комбинированным [7].
Самое читаемое:
Анализ и синтез автоматической системы регулирования электропривода углового перемещения
Современная теория автоматического регулирования является основной частью
теории управления. Система автоматического регулирования состоит из
регулируемого объекта и элементов управления, которые воздействуют на объект
при изменении одной или нескольких регулируемых переменных. Под влиянием
входных сигналов (управления или возмущени ...