м. Літографічними методами (наприклад, фотолитографией, рентгенолітографія, електронної літографією) видаляють певні ділянки оксиду, утворюючи в ньому вікна або більш складні малюнки. Домішки дифундують у відкриті ділянки поверхні кремнію, і pn-переходи утворюються тільки в місцях вікон в оксиді. Цей процес, який отримав назву планарного, є основою технології виготовлення напівпровідникових приладів та інтегральних схем.
Епітаксиальні структури типу показаного на рис. 1.6, в зазвичай використовуються в планарної технології для зменшення послідовного опору. Слово «епітаксії» має грецьке походження: «епі» означає, «на» і «таксис» - «розташоване в порядку». Епітаксії називають метод вирощування шляхом хімічної реакції на поверхні кристала тонких шарів напівпровідникових матеріалів із збереженням кристалічної структури вихідного кристала. Таким методом на поверхні сильнолегированной низкоомной підкладки вирощують високоомні епітаксіальні шари, домагаючись бажаних електричних властивостей і механічної міцності.
На рис. 1.6, г показаний pn-перехід, отриманий за допомогою іонної імплантації. В даний час цей метод дозволяє найбільш точно контролювати розподіл домішок. Іонну імплантацію можна виробляти при кімнатній температурі, а виникають у процесі імплантації дефекти кристалічної решітки усувають шляхом наступного відпалу при температурі 700 С і нижче. Отже, іонна імплантація є відносно низькотемпературним процессом в порівнянні з дифузією, яка зазвичай проводиться при температурі 1000 С і вище.
2. Електрофізичних параметрів ЕЛЕКТРО-діркового переходу
Висота потенційного бар'єра рівна контактної різниці потенціалів? к. Це різниця потенціалів в переході, обумовлена ??градієнтом концентрації носіїв заряду. Це енергія, якою повинен володіти вільний заряд щоб подолати потенційний бар'єр:
де k - постійна Больцмана; е - заряд електрона; Т - температура; Nа і NД - концентрації акцепторів та донорів в доречний та електронної областях відповідно; рр і рn - концентрації дірок в р- і n-областях відповідно; ni - власна концентрація носіїв заряду в нелігірованном напівпровіднику, jт=кТ/е - температурний потенціал. При температурі Т=270С jт=0.025В, для германієвого переходу Jк=0,6 В, для кремнієвого переходу Jк=0,8 В.
Ширина pn-переходу (рис.1) - це прикордонна область, збіднена носіями заряду, яка розташовується в p і n областях: Wp-n=Wp + Wn:
, звідси,
де?- Відносна діелектрична проникність матеріалу напівпровідника; ? 0 - діелектрична постійна вільного простору.
Товщина електронно-доручених переходів має порядок (0,1-10) мкм. Якщо, то і pn-перехід називається симетричним, якщо, то і pn-перехід називається несиметричним, причому він в основному розташовується в області напівпровідника з меншою концентрацією домішки.
Поверхня, по якій контактують p і n області називається металургійної кордоном. Реально вона має кінцеву товщину -? М. Якщо? М lt; lt; Wp-n, то pn-перехід називають різким. Якщо? М gt; gt; Wp-n, то pn-перехід називають плавним.
Коефіцієнти дифузії для основних носіїв заряду в емітер і в базі:
для неосновних:
Ємність С діода при прямому зсуві складається з бар'єрної ємності Сб і дифузійної ємності Сдіф, обумовленої неосновними носіями в нейтральних областях діода.
Для діодів з різким р-n-переходом:
;
З плавним:
,
де а - градієнт концентрації домішок;
Опір бази діода:
Дифузійна довжина носіїв заряду в емітер і базі розраховується за такими формулами:
;.
Зворотний струм діода:
Коефіцієнт лавинного множення М (має місце при лавинному пробої):
де n - величина, що залежить від ступеня легування p і n областей (для кремнію n=5).
Ефективне час життя, яке характеризує спільне вплив об'ємної та поверхневої рекомбінації:
Генераційні струм переходу:
Напруга на pn переході:
;
3. РОЗРАХУНОК електрофізичних параметрів напівпровідникового діода
.1 Вихідні дані
Напівпровідниковий матеріал кремній, сферичний pn перехід, щільність атомів N і іонізованих атомів ni, прийняти 5,0? тисячі двадцять два і 1012 см - 3 відповідно, на кожні 109 атомів кремнію припадати один атом акцепторнійдомішки, Nд=10 000Na на кордонах ОПЗ , площа pn переходу - 0,2 мм2, глибина 0,005 мм, T=300 K., інші довідкові дані.
Завдання
Вивчити основні електрофізичні параметри напівпровідникових діодів та методики їх вимірювань.
Розрахувати:
контактну різницю потенціалів;
ширину області просторового заряду;
зарядну ємність;
вольтамперни...
