28. Термическая диффузия: Физические основы процесса, механизмы диффузии примесей, законы Фика.

Физическая основа – соседние атомы обмениваются местами.

Диффузия – перенос в-ва, обусловленный хаотич. Тепловым движением, возникающее при наличии градиента концентрации и направленная в сторонуубывания градиента.

Законы Фика - 1 уравнение -

J – вектро плотности потока атомов

Дельта N - вектор градиента концентрации

D- коэф. Диффузии

2 уравнение

На поверхности полупроводниковой пластины создается слой, содержащий примеси. Эти пленки (окисла кремния, нитрида кремния и т.д.) формируются при низкотемпературном процессе. Затем проводится перераспределение примесей из этих пленок.

Способы создания пленки: 1) перенос оксида кремния без суш. состава на поверхность пластины. 2) Синтез на поверхности окисла кремния без учета материала пластины. 3) создание окисл. слоев с учетом пластины

Для диффузии примесей из легированных слоев окисла проводится отжиг при температуре 1500оС+-1оС. Затем распределение примеси описывается дополн. функцией ошибок.

29. Укрупненная схема технологического процесса изготовления диффузионного транзистора. Последовательность формирования топологических слоев полупроводникового транзистора.

Уже на ранней стадии разработки транзисторов стало ясно, что для улучшения высокочастотных характеристик нужен другой метод контроля толщины перехода. Таким методом явился метод диффузии. Суть его в том, что полированная очищенная тонкая пластинка германия в течение двух часов выдерживается при 650° C под воздействием источника сурьмы. (Для защиты поверхности от загрязнений процесс проводится в атмосфере водорода.) В результате образуется базовый слой толщиной порядка 1 мкм. Алюминиевый эмиттер вплавляется на глубину ок. 0,5 мкм. На поверхность пластинки напылением в вакууме наносится базовый контакт в виде полоски, отстоящей на 12 мкм от эмиттерной. Затем германий вокруг двух полосок вытравливается так, что на пластинке остается ряд меза-структур, каждая из которых содержит активные элементы транзистора (рис. 5).

Рис. 5. ДИФФУЗИОННЫЙ МИКРОТРАНЗИСТОР, сформированный на поверхности довольно большого микрокристалла. Тысячи таких микрокристаллов могут одновременно обрабатываться методом диффузии. 1 – базовая область p-типа; 2 – коллекторный переход; 3 – слой диоксида кремния; 4 – коллекторный контакт; 5 – микрокристалл кремния; 6 – вывод базы; 7 – эмиттерный вывод; 8 – электрическое соединение золото – кремний; 9 – металлический кристаллодержатель; 10 – напыленный электрод; 11 – эмиттерная область n-типа; 12 – эмиттерный переход.

При толщине базы 0,5 мкм номинальная граничная частота достигает 900 МГц, что значительно больше, чем у приборов прежнего типа. Этот успех позволил проектировать схемы, рассчитанные на высокочастотные транзисторы. Высокочастотные германиевые транзисторы нашли применение в электронных схемах спутников связи и в подводных кабелях. Однако для германия так и не были реализованы потенциальные возможности, предоставляемые, в принципе, диффузионным процессом, и он был вытеснен кремнием, у которого на много порядков величины меньше токи утечки. Поэтому кремниевые транзисторы могут работать при температурах до 150° С, а не до 70° С, как германиевые.