tehnologie electronica curs6

Download Tehnologie Electronica Curs6

Post on 16-Nov-2015

4 views

Category:

Documents

0 download

Embed Size (px)

DESCRIPTION

vcbcvb

TRANSCRIPT

ELABORAREA SILICIULUI I REALIZAREA PLACHETELOR SEMICONDUCTOARE

Tehnologia tranzistoarelor discreteTehnologie electronic - Curs 6

1

Tranzistoarele sunt dispozitive semiconductoare care n funcie de tipul purttorilor de sarcin se mpart n: bipolare i cu efect de cmp sau unipolare. Tranzistoarele discrete sunt dispozitivele electronice, avnd caracteristicile i parametrii specifici tipului de tranzistor, la care structurile semiconductoare sunt introduse n capsule prin care se pot conecta n circuite electronice ca elemente de sine stttoare.

Tehnologie electronic - Curs 6

2

Tehnologia tranzistoarelor bipolareTranzistoarele bipolare sunt dispozitive electronice cu dou jonciuni care funcioneaz pe baza injeciei de purttori din emitor prin baz spre colector. Una dintre jonciuni este puternic asimetric, din punct de vedere al doprii cu impuriti, adic n+p la tranzistorul npn, respectiv p*n la tranzistorul pnp. Aceast jonciune corespunde zonei emitor - baz, iar cealalt este jonciunea baz - colector. Deoarece, la funcionarea acestor tranzistoare i aduc contribuia att a purttori majoritari, ct i cei minoritari, aceste dispozitive se ntlnesc sub denumirea de tranzistoare bipolare. Tehnologia tranzistoarelor bipolare necesit un numr mai mare de operaii dect n cazul diodelor semiconductoare, deoarece se cer realizate trei zone: de emitor, de baz i de colector, dar mai ales din necesitatea de a obine parametrii electrici cerui la nivelul microstructurii.Tehnologie electronic - Curs 6

3

Tehnologia tranzistoarelor bipolareTehnologiile actuale sunt variate i complexe, avnd o serie de particulariti n funcie de caracteristicile funcionale ale tranzistoarelor realizate. La producerea unui tranzistor bipolar trebuie ca n primul rnd s se obin eficiena emitorului. Pentru aceasta este esenial ca doparea emitorului s fie mai mare dect cea a bazei. ntru-ct fctorul de transport al sarcinilor prin zona bazei trebuie s fie aproape unitar, rezult urmatoarea condiie care trebuie s fie ndeplinit:

unde:wb= grosimea bazei;Ln,p= lungimea de difuzie a electronilor, respectiv a golurilor; Dn,p = constanta de difuzie a electronilor, respectiv a golurilor; n,p = durata de via a electronilor, respectiv a golurilor. Tehnologie electronic - Curs 6

4

Tehnologia tranzistoarelor bipolaren funcie de tehnologia de fabricaie tranzistoare bipolare discrete se pot clasifica n:tranzistoare aliate, realizate prin procese de aliere - tehnologie specific tranzistoarelor cu germaniu;tranzistoare simplu difuzate realizate prin difuzarea simultan a impuritilor pe ambele fee ale unei plachete semiconductoare dopate iniial;tranzistoare dublu difuzate realizate prin dou difuzii succesive ntr-un substrat iniial dopat (difuzia bazei i apoi difiizia de emitor);tranzistoare planar epitaxiale se realizeaz ca i cele dubiu difuzate cu difuziile realizate ntr-un strat epitaxial slab dopat depus pe un substrat puternic dopat; acestea sunt foarte rspndite n construcia tranzistoarelor de semnal mic precum i a celor de putere;tranzistoare planare dublu i triplu epitaxiale difuzate se caracterizeaz printr-o rezistivitate mare a regiunii de colector (rezistivitatea zonelor epitaxiale), dar cu rezistena de colector redus (rezistivitatea substratului mic), fiind folosite ca tranzistoare de putere cu tensiuni de colector mari.

Tehnologie electronic - Curs 6

5

Tehnologie electronic - Curs 6

Fig. 6.1 Structura unui tranzistor planar dublu difuzat a) tip npn, b) tip pnp

6

Procedee de fabricaieLa realizarea tranzistorelor discrete se folosesc mai multe tipuri de materiale semiconductoare: Ge, Si, GaAs i n funcie de acestea diferite procedee de fabricaie. Deoarece n prezent cel mai utilizat material semiconductor este siliciu n cele ce urmeaz se vor face referiri n special la acest material i la tehnologia planar. Aceast tehnologie este specific siliciului constnd n efectuarea impurificrilor controlate numai pe o singur fa a plachetelor semiconductoare folosind tehnica litografic i ecranarea cu ajutorul straturilor protectoare i n special a Si02. Tehnologia planar se caracterizeaz prin flexibilitate: posibilitatea de a realiza diferite forme ale emitorului i de a modifica uor concentraia de impuriti din jonciuni, permite realizarea tranzistoarelor de semnal i a celor de putere. Tehnologie electronic - Curs 6

7

Tranzistoare difuzate i epitaxialeTranzistoarele bipolare cu siliciu de mic i medie putere se fabric n varianta pianar (dubiu difuzate) i planar-epiaxial. Rezistivitatea electric a materialului semiconductor este p=102 Q m pentru tranzistoarele planare i p=0,5 5 Q m pentru tranzistoarele planar-epitaxiale. Tranzistoarele planar-epitaxiale au performane mai bune dect cele planare cum ar fi tensiunea de saturaie cu valori mai mici, respectiv ~0,3 V fa de UCEsat 1 V la cele planare.Grosimea plachetelor este de n jur de 0,3 mm pentru tranzistoarele difuzate i de 0.2 mm (120+160 ^m) pentru tranzistoarele planar-epitaxiale.

Tehnologie electronic - Curs 6

8

Tranzistoare difuzate i epitaxialePrincipalele etape ale tehnologiei unui tranzistor planar dublu difuzat sunt prezentate n figura 6.2. n prima faz se realizeaz jonciunea baz - colector (difuzia bazei), iar apoi jonciunea emitor-baz (difuzia emitorului) n interiorul difuziei de baz. Contactul de colector se realizeaz pe partea inferioar a cipului (substrat).

Tehnologie electronic - Curs 6

9

Tranzistoare difuzate i epitaxialeTehnologie electronic - Curs 6

Fig. 6.2 Principalele etape ale tehnologiei unui tranzistor dublu difuzat planar

10

Tranzistoare difuzate i epitaxialeOperaiile tehnologiei tranzistorului dublu difuzat de tip npn, reprezentat n figura 6.2, pot fi rezumate la urmtoarele:curirea substratului - placheta de Si (wafer) monocristalin dopat n\oxidarea termic a unui strat de oxid cu grosimea 2^m (fig. 6.2.a);fotolitografie 1 (masca 1) - deschiderea ferestrei pentru difuzia bazei: expunere, corodarea statului de Si02; predifuzia atomilor de bor; difuzia atomilor de bor n atmosfer oxidant (fig. 6.2.b);reoxidare i fotolitografie 2 (masca2) - deschiderea ferestrei pentru difuzia emitorului; expunere, corodare, difuzia emitorului prin impurificare cu fosfor schimbndu-se tipul doprii (dinp n n+) (fig. 6.2.c);reoxidare i fotolitografie 3 (masca3) - deschiderea ferestrelor pentru contactele ohmice (fig, 6.2.d);metalizare neseiectiv (Al pur (Iim) pe faa superioar (fig. 6.2.e)); metalizarea zonei de colector, a prii inferioare cu Au-Sb sau Au-Ni i corodarea (gravarea) stratului metalic (cu excepia zonelor de contact); (fig. 6.2.f).

Tehnologie electronic - Curs 6

11

Tranzistoare difuzate i epitaxialeCerinele impuse proceselor de fabricaie pentru realizarea de tranzistoare bipolare cu caracteristici electrice ridicate sunt urmtoarele:realizarea unor rezistene de colector de valoare ct mai mic; este necesar a se realiza o zon de colector puternic dopat i o cale de acces la colector de rezisten ct mai mic;se cere realizarea unei zone de baz cu dopaj slab, de grosime suficient de mare pentru obinerea unei capabiliti n tensiune a jonciunii colector-baz suficient de mare;rezistena de baz s fie ct mai mic i de grosime redus pentru a nu limita rspunsul n frecven;emitorul trebuie sa fie foarte puternic dopat (eficiena injeciei);gradul de dopare a bazei intrinseci s fie perfect controlat; gradul de dopare al bazei mpreun cu dopajul emitorului, determin ctigul tranzistorului.

Tehnologie electronic - Curs 6

12

Tranzistoare difuzate i epitaxialen procesele tehnologice folosite la realizarea tranzistoarelor bipolare grosimea w a bazei nu este un parametru de proces. n tehnologia planar grosimea bazei rezult ca diferen dintre adncimea difuziei de baz i cea a difuziei emitorului, aa cum se poate observa din repartiia n adncime a concentraiei de impuriti la un tranzistor dublu difuzat (fig. 6.3).

Tehnologie electronic - Curs 6

Fig. 6.3 Profilul de dopare al tranzistorului dublu difuzat

13

Tranzistoare difuzate i epitaxialeTranzistoarele bipolare de putere se caracterizeaz prin jonciuni cu suprafee mari pentru a permite conducia curenilor de colector pentru care au fost destinate (zeci de A) i o ncapsulare care s permit evacuarea energiei disipate. Dezvoltarea actual a acestui domeniu se face n dou direcii: tranzistoare de putere de frecvene mari i tranzistoare de putere de tensiuni ridicate. Pentru tranzistoarele de nalt tensiune este necesar ca jonciunea baz - colector s aib tensiunea invers suficient de mare (o capabilitate mare n tensiune). Acest lucru se asigur prin existena unei baze groase i printr-o dopare slab a zonei de colector (colectorul activ). n acest caz, datorit bazei groase frecvena de lucru este redus, iar rezistena serie de colector are valoare mare datorit impuriflcrii slabe a zonei de colector. In scopul reduceri rezistenei dintre colectorul activ i contactul metalic (terminal) la tranzistoarele de putere se folosesc unul sau mai multe straturi epitaxiale cu grad de dopare cresctor de la zona de colector activ nspre substrat (fig. 6.4.C).

Tehnologie electronic - Curs 6

14

Tranzistoare difuzate i epitaxialePrincipalele tipuri de tranzistoare de putere realizate n tehnologia planar sunt: Tranzistorul dublu difuzat planar (fig. 6.2) se obine prin difuzia bazei urmat de difuzia emitorului. Rezistivitatea colectorului depinde de doparea iniial a plachetei n care s-a efectuat difuzia (fig. 6.3).Tranzistorul epitaxial planar (fig. 6.4.a) are regiunea de colector de rezistivitate mare (stratul epitaxial), iar substratul este puternic dopat (cu rezistivitate mic).Tranzistorul dublu epitaxial planar (fig. 6.4.b) are regiunea de colector de rezistivitate mare n (stratul epitaxial 1- slab impurificat) urmat de un strat de r