ТехнологiчнI основи електронiки

Міністерство освіти та науки, молоді і спорту України

Запорізький національний технічний  університет

 

 

Кафедра мікро- та наноелектроніки

 

 

 

 

Курсовий  проект

з дисципліни

«ТЕХНОЛОГІЧНІ ОСНОВИ ЕЛЕКТРОНІКИ»

 

 

 

Розробив

ст. гр. РП-418        Г. А. Етібарян

 

Керівник

доктор фіз.-матем. наук, професор     В.М. Матюшин

 

Запоріжжя, 2011 
Запорізький національний технічний університет

Кафедра   Мікро- та наноелектроніки

Дисципліна  Технологічні основи електроніки

Спеціальність 7.000001 Якість, стандартизація, сертифікація.

Курс 3 Група РП-418 Семестр 6

Завдання

на курсовий проект студентові

Гнелу Аваговичу  Етібаряну

1.Тема проекту: «Виготовлення дифузійного діода».

2. Термін здачі закінченого  проекту: 

3. Вихідні данні до  проекту: Варіант №30

Матеріал – германій(Ge); дифузант – миш як(As); джерело дифузанта – Германій легований до великих концентрацій; спосіб дифузії: У евакуйованій ампулі або у відкритій трубі, в контейнері; параметри і особливості дифузії: C₀=10¹⁸ см^-3; коефіцієнт дифузії: D₀ = 7 см²/c; енергія активації: ; поверхнева концентрація: C₀=10¹⁸ см^-3.

4. ЗМІСТ розрахунково-пояснювальної  записки (перелік питань, що їх  необхідно розробити): джерела домішок для проведення дифузійного легування кремнію, твердотільні планарні джерела (ТПД), газоподібні джерела дифузії, тверді джерела дифузії, технологія дифузії домішок у кремній, , метод відкритої труби, дифузія у замкнутому об’ємі (бокс метод) завдання та початкові умови; визначення коефіцієнту дифузії; визначення глибини залягання p-n-переходу; визначення градієнта концентрації домішки у p-n-переході; ВАХ для тонкого p-n-переходу; розрахунок топології і визначення структури діоду; розрахунок топології і визначення структури діоду; технологічний процес.

5. Перелік графічного  матеріалу(з точним зазначенням  обов’язкових креслень):

6. Дата видачі завдання:  07.02.2011 р.

 

КАЛЕНДАРНИЙ ПЛАН

№ пор.	Назва етапів курсового проекту	Термін виконання етапів курсового проекту	Примітка
1	Підбір літератури	07.02.2011-15.02.2011	Вик
2	Складання літературного  огляду	15.02.2011-18.02.2011	Вик
3	Вивчення методики розрахунку	19.02.2011-28.02.2011	Вик
4	Розрахунок параметрів	1.03.2011-17.03.2011	Вик
5	Оформлення роботи	18.03.2011-21.03.2011	вик

 

Студент  _________________        Г. А. Етібарян

Керівник_________________        В. М. Матюшин

 

РЕФЕРАТ

 

КП: 39 стор., 16 рис., 4 таблиці, 10 джерел.

Об’єкт дослідження –  процес виготовлення дифузійного діода.

Мета роботи – поглибити  і розширити теоретичні знання, сформувати і розвинути навички розробки технологічних процесів виготовлення напівпровідникових приладів та інтегральних схем.

Методи дослідження –  чисельні розрахунки за відомими, отриманими і спрощеними математичними формулами, що описують особливості дифузії, структури  і роботи діода; використання теоретичних  відомостей, що стосуються корпусів діодів; використання можливостей ЕОМ для  визначення необхідних параметрів і  залежностей.

Курсовий проект направлений  на закріплення теоретичних знань  з технологічних основ електроніки  і практичне засвоєння методик  розрахунку електрофізичних параметрів і характеристик напівпровідникових приладів.

В результаті виконання роботи отримано ряд електрофізичних і  технологічних параметрів, а також  побудовані залежності, що достатньо  повно характеризують даний діод.

Розроблений технологічний  маршрут.

 

ДИФУЗІЯ, ТЕХНОЛОГІЧНИЙ МАРШРУТ, ЕВАКУЙОВАНА АМПУЛА, ДІОД, РОЗПОДІЛ ДОМІШКИ, ВАХ P-N ПЕРЕХОДУ, ІНТЕГРАЛЬНА СХЕМА, ВОЛЬТ-АМПЕРНА ХАРАКТЕРИСТИКА.

 

 

 

 

ЗМІСТ

 

1. Види діодів……………………………………………………………..........9

1.1. Напівпровідникові діоди…………………………………………………9

1.2. Електровакуумні діоди…………………………………………………12

1.3. Спеціальні види діодів…………………………………………………14

1.3.1. Стабілітрон……………………………………………………………16

1.3.2. Тунельний діод……………………………….………………………17

1.3.3. Фотодіод……………………………………………………………….18

2. Розрахунок процесу дифузії……………………………………………..19

2.1. Завдання та вихідні дані………………………………..........................19

2.2. Визначення коефіцієнта дифузії………………………………………19

2.3. Визначення глибини залягання p-n-переходу…………………………20

2.4. Визначення градієнта концентрацій………………………………….22

2.5. Розрахунок ВАХ…………………………………………………….…..22

2.6. Розрахунок топології…………………………………………………...28

3. Технологічний процес……………………………………………………31

3.1. Схема технологічного  процесу…………………………………………31

Висновки……………………………………………………………………..38Список літератури…………………………………………………………...39 

 

 

 

 

 

 

ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ

 

ВАХ – вольт-амперна характеристика;

МОН – метал оксид напівпровідник;

НП - напівпровідник;

ФСС – Фосфоросилікатне скло;

ТПД – Твердотільні планарні джерела;

ЕДП – електронно-дірковий перехід;

НЗ – носії заряду;

ННЗ – неосновні носії  заряду;

ОНЗ – основні носії  заряду.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВСТУП

В умовах інтенсивного розвитку науково-технічного прогресу електроніка  проникла в усі сфери життя людини. Автоматизація процесів, для полегшення життя людини на даному етапі розвитку передбачає застосування обчислювальної техніки, що дозволяє зменшити або взагалі виключити участь людини у більшості процесів.

Якість цієї заміни напряму  залежить від якісних характеристик  обчислювальної техніки, а саме:

- швидкодії;

- кількості інформації, що здатна оброблятися за 1 такт;

- навантажувальної здатності;

- надійності.

Всі вони залежать від  властивостей матеріалів, з яких вони виготовлені, і технології, за якою вони виготовлені.

На даному етапі розвитку найпоширенішими обчислювальними  приладами є напівпровідникові  прилади, принцип дії яких заснований на використанні властивостей гетеропереходів, штучно сформованих в об’ємі або  на поверхні напівпровідника, що в залежності від призначення може мати різні  властивості (випрямляючі, контактні, стабілізуючі, провідні тощо).

На сучасному розвитку технології відомі 4 основних методи формування гетеропереходів (цей випадок передбачає те, що зразок, що піддається обробці  вже має власний тип провідності):

В основі роботи абсолютної більшості напівпровідниковим приладів лежать фізичні явища в електронно-дірковому переході, Електронно дірковий перехід (р-n - перехід) - це перехідний шар, що утворюється між двома областями напівпровідника з електропровідністю різного типу і має підвищений питомий опір. Для одержання електронно-діркових переходів у напівпровіднику утворюються області з електронною та дірковою провідністю за рахунок уведення донорних та акцепторних домішок.

Якщо концентрація донорної N_D та акцепторної N_А домішок при переході з однієї області в іншу змінюється стрибком, p-n - перехід називається різким або східчастим, а у випадку плавної зміни домішок - плавним.

Як правило, в  напівпровідникових приладах використовуються несиметричні переходи, які характеризуються різною концентрацією домішок N_D та N_А. Відношення концентрації може досягати декількох порядків.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 ВИДИ ДІОДІВ

 

Діод (від дав.-грец. δις[1] — два і -од[2] зі слова електрод) — двохелектродний електронний прилад, що володіє різною провідністю в залежності від напрямку електричного струму. Електрод діода, підключений до позитивного джерела струму, коли діод відкритий, називають анодом, до негативного - катодомю

Діоди бувають електровакуумним (кенотрони), газонаповненими (газотрони, ігнітрони, стабілітрони), напівпровідниковими  і ін В даний час в переважній більшості випадків застосовуються напівпровідникові діоди.

 

1.1 Напівпровідникові діоди

Напівпровідниковий діод — це напівпровідниковий прилад з  одним електричним переходом, що випрямляє, і двома зовнішніми виходами, у якому використовується та чи інша властивість переходу, що випрямляє.

У якості електричного переходу, що випрямляє, у напівпровідникових діодах може бути електронно-дірковий перехід, чи гетероперехід контакт  метал — напівпровідник.

У діоді з електронно-дірковим переходом крім електричного переходу, що випрямляє, повинне бути два невипрямляючі  переходи, через які p- і n-області  діода з'єднані з виходами (рис. 1.1, а). У діоді з електричним переходом, що випрямляє, у виді контакту метал — напівпровідник лише один невипрямляючий перехід (рис. 1.1, б).

 

 

 

 

 

Рисунок 1.1 – Структура напівпровідникових діодів:

а — з електронно-дірковий   переходом;    б — з контактом, що випрямляє, метал - напівпровідник; У - контакти, що випрямляють; Н - невипрямляючі  контакти

 

Звичайно напівпровідникові  діоди мають несиметричні електронно-діркові переходи. Тому при прямому включенні діода кількість неосновних носіїв, інжектованих із сильнолегованої області в слаболеговану область, значно більше, ніж кількість неосновних носіїв, що проходять у протилежному напрямку. Відповідно до загального визначення область напівпровідникового діода, у которую відбувається інжекція неосновних для цієї області носіїв, називають базою діода. Таким чином, у діоді базовою областю є слаболегована область.

У залежності від співвідношення лінійних розмірів переходу, що випрямляє, і характеристичної довжини розрізняють  площинні і точкові діоди. Характеристичною довжиною для діода є найменша з двох величин 1 визначальна властивості  і характеристики діода: дифузійна  довжина неосновних носіїв у чи базі товщина бази.

Площинним називають діод, у якого лінійні розміри, що визначають площу електричного переходу, що випрямляє, значно більше характеристичної довжини.

При прямій напрузі на діоді зовнішня напруга частково компенсує контактну  різницю потенціалів на електронно-дірковий переході, тому що зовнішнє електричне поле при прямому включенні діода  спрямовано в протилежну сторону  дифузійному полю. Тому висота потенційного бар'єра переходу зменшується пропорційно  прикладеному до діода напрузі. Зневажаючи паданням напруги на базі діода, розглянемо діод при малих прямих струмах.

Зі зменшенням висоти потенційного бар'єра збільшується кількість  носіїв заряду, що можуть перебороти потенційний  бар'єр і перейти в сусідню  область діода, де вони виявляться неосновними  носіями (див. рис. 1.1). Цей процес називають інжекцією неосновних носіїв через електронно-дірковий перехід.

Тому що висота потенційного бар'єра зменшується пропорційно  прикладеній напрузі, а носії  заряду розподілені по енергіях по експонентному законі у відповідностю зі статистикою Ферми — Дирака пли Максвелла — Больцмана, те пряма галузь вольтамперної характеристики діода повинна бути схожа на експоненту (рис. 1.2).

Рисунок 1.2 – Вольт-амперна характеристика напівпровідникового діода

 

Рисунок 1.3 – Прямі галузі вольтамперних характеристик діода при різних температурах (а), при різній ширині забороненої зони вихідного матеріалу (б) і при рівній концентрації домішок у прилягаючих до p-n-переходу областях(в)

 

Розглянемо   вплив   деяких   факторів   на   пряму   галузь вольтамперної характеристики діода.

При збільшенні температури  діода зменшується висота потенційного бар'єра і змінюється розподіл носіїв заряду по енергіях — електрони, наприклад, займають більш високі енергетичні  рівні в зоні провідності. Через  цих дві причини прямий струм  через діод збільшується з ростом температури при незмінній прикладеній  напрузі (рис. 1.3 а).

Якщо порівняти прямі  галузі двох діодів, виготовлених з  різних матеріалів, з різною шириною  забороненої зони, то в діода з  матеріалу з більшою шириною  забороненої зони буде більше висота потенційного бар'єра. Отже, прямий струм  через діод з матеріалу з більшою  шириною забороненої зони буде менше  при тій же прямій напрузі (рис. 1.3 б).

Зі збільшенням концентрації домішок у прилягаючих до електронно-дірковий переходу областях буде збільшуватися  висота потенційного бар'єра переходу, а виходить, буде менше прямий струм  при незмінній напрузі (рис.  1.3 в).