ТехнологiчнI основи електронiки

1. Носії заряду (дірки і електрони) рекомбінують тільки один з одним
2. В усіх точках кристала, що не лежать усередині переходу, об’ємний заряд дорівнює нулю
3. Перехід працює в області малих сигналів, тобто концентрація неосновних носіїв заряду мала порівняно з концентрацією основних носіїв
4. Генерацією і рекомбінацією усередині області об’ємного заряду нехтуємо, вважаючи цю область достатньо вузькою, а час прольоту в ній – достатньо малим
5. Розглядається одномірний випадок розповсюдження носіїв заряду тільки вздовж осі х
6. Розглядається стаціонарна задача, тобто    і   

Відомо, що густина діркового  і електронного струмів відповідно дорівнює:

                                

                               (2.4)

                                   

                                       (2.5)

Густина загального струму через перехід дорівнює сумі складових  струмів:

Якщо до переходу прикладена зворотна напруга. Яка значно перевищує  , то струм переходу досягає насичення, тобто в значному діапазоні не залежить від напруги. Цей струм називається струмом насичення:

                                           

                                          (2.6)

де густина струму насичення:

                                                                          (2.7)

Зробивши певні розрахунки, було отримано, що j_s = 150,11 А/см²

Залежність густини струму від напруги представлена в таблиці 2.3.

Таблиця 2.3 – Залежність густини струму від напруги.

U, B	j, А/см2
-0,8	-150,099126
-0,7	-150,0741992
-0,6	-149,9921322
-0,5	-149,7219411
-0,4	-148,8323849
-0,3	-145,9036788
-0,2	-136,2614333
-0,1	-104,5160492
0	0
0,1	344,1005633
0,2	1476,990665
0,3	5206,830486
0,4	17486,66687
0,5	57915,85116
0,6	191021,7731
0,7	629249,4239
0,8	2072036,275

 

За даними таблиці 2.3 побудуємо  графік залежності густини струму від  напруги (пряму та зворотну гілку). Результати нанесені на рисунках 2.2 - 2.3.

 

 

 

 

 

Рисунок 2.2 – Пряма гілка  залежності густини струму від напруги.

 

Рисунок 2.3 – Зворотна гілка  залежності густини струму від напруги.

Для побудови ВАХ скористаємося  наступною формулою I = jS.                                                          

Розміри нашого кристалу складають 5*5 мкм. Отже, S = 25 10^-8 см.

Занесемо дані для побудови ВАХ в таблицю 2.4.

 

Таблиця 2.4 – Вихідні дані для побудови ВАХ.

U, B	I, A
-0,8	-3,75248E-05
-0,7	-3,75185E-05
-0,6	-3,7498E-05
-0,5	-3,74305E-05
-0,4	-3,72081E-05
-0,3	-3,64759E-05
-0,2	-3,40654E-05
-0,1	-2,6129E-05
0	0
0,1	8,60251E-05
0,2	0,000369248
0,3	0,001301708
0,4	0,004371667
0,5	0,014478963
0,6	0,047755443
0,7	0,157312356
0,8	0,518009069

 

 

За даними таблиці 2.4 побудуємо  ВАХ (пряму та зворотну гілку), яка  зображена на рисунках 2.4 – 2.5.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2.4 – Пряма гілка  ВАХ.

 

Рисунок 2.5 – Зворотна гілка  ВАХ

2.6 Розрахунок топології

За допомогою прямої гілки  ВАХ отримав значення потужності, що розсіюється. При значенні

Враховуючи це обираємо робочу точку наступним чином:

I=0.28 A

U=0.78 B

P=U∙I       P=0.22 Вт

Кристал матиме планарну структуру. Загальний вид кристала представлений на рисунку 2.6.

Рисунок 2.6 – Загальний  вид кристала

 

Виходячи з потужності діода обираємо метало-скляний корпус серії КД-5.

Корпус представлено на рисунку 2.7.

Рисунок 2.7 – Загальний  вид корпуса

 

На рисунку цифрами  позначено:

1 – скляний балон

2 – коварова втулка

3 – вивід

4 – припой

5 – напівпровідниковий  кристал

Ця конструкція складається  з балона, двох розрізних склянок  і двох ковпачків із дротовими  чи стрічковими виходами. Балон корпуса виконують на основі металево скляного спая трубки зі скла С49-2 і двох трубок зі сплаву 29НК (ковар). Розрізні склянки з листового нікелю одержують методом глибокої витяжки. Ці склянки вставляють у коварові трубки балона. На зовнішній частини трубок, що виступають за межі скляного балона, надягають нікелеві ковпачки з попередньо привареними до них виходами. Остаточну герметизацію корпуса здійснюють пайкою припоем ПОС-61.

Розглянуті металево скляні конструкції корпусів широко використовуються в серійному виробництві напівпровідникових приладів.

Позитивні риси корпусу:

• Більш висока потужність розсіювання ніж в скляних.
• Більш висока надійність спаю металу зі склом.
• Забезпечення достатнього тепловідвіду.
• Компактність.
• Відносна простота у виробництві.
• Дешевизна.

Негативні риси корпусу:

• наявність на заключному етапі зборки приладу процесу пайки з використанням флюсу (використання при пайці інертної атмосфери значно підвищує якість готових приладів).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 Технологічний процес

 

3.1 Схема технологічного  процесу

Технологічний процес складається  з наступних етапів:

1. Вхідний контроль. Вхідному контролю піддають злитки напівпровідникового матеріалу . Найбільш розповсюдженими видами контролю є вимір типу електропровідності, питомого опору, часу життя і рухливості носіїв заряду, щільності дислокацій і інших структурних дефектів. На матеріалах, використовуваних для виготовлення світловипромінюючих приладів, контролюють квантову ефективність і довжину хвилі фотолюмінесценції.

2. Розрізання злитків на пластини. Відбувається алмазним диском з внутрішньою ріжучою кромкою, який полягає в наступному. На шпиндель станка кріплять алмазний диск. В середину пологого шпинделя розміщують держачь з приклеєним напівпровідниковим злитком. Перед початком весь злиток знаходиться в середині шпинделя і лише його торцева частина трішки виступає за кромку алмазного диска. Потім вмикають станок і починають переміщувати держачь в горизонтальному (чи вертикальному) напрямку, в деякий момент злиток торкається алмазного диска і починається процес різки. При повному відрізанні пластини від злитка держачь відводиться у вихідне положення і ви двигається із шпинделя на довжину, рівну товщині відрізаємої пластини. Після чого процес різки повторюється. На рисунку 3.1 зображений зовнішній вигляд станка для розрізання алмазним диском.

Рисунок 3.1 – Зовнішній  вигляд станка для розрізання алмазним диском.

1 – держачь диску; 2 –  кожух; 3 – шланг; 4 – злиток; 5 –  алмазний диск.

Хімічна обробка використовується також для одержання па поверхні пластин потрібного рельєфу (утравлювання мезоструктур — ділянок, що піднімаються, із плоским верхом і локальним видаленням діелектричних і металевих плівок, нанесених на поверхню пластини та ін.).

 

3. Шліфовка і поліровка пластин. Шліфування відбувається на твердих доводочних дисках-шліфувальниках абразивними мікро порошками. Зернистість мікро порошків для шліфування  пластин беруть таку: при попередньому шліфуванні – від М14 до М10, а при кінцевому – від М7 до М5. це дасть можливість отримати 9-12-й клас чистоти обробки. Далі пластини піддають односторонній поліровці з використанням вільного абразиву. В результаті отримуємо поверхню пластин з чистотою обробки, яка відповідає 13-14 класу.

4. Знежирення. Знежирення проводиться за допомогою фреону-113 (CClF₃), речовини з температурою кипіння 47,6˚С і густиною 1,57 г/м³. Він не горить, не токсичний, забезпечує високу ефективність очистки і дозволяє відмовитись від наступних операцій промивки в деіонізованій воді.

5. Сушіння. Після промивки пластини сушать у термостаті або під інфрачервоною лампою при температурі 120 – 150 ^оС.

6. Фотолітографічна обробка. Фотолітографічна обробка захисної плівки — інша основна операція планарного процесу. На пластину наносять шар фоторезисту — фотоемульсії, експонують його через фотошаблон, що містить безліч ідентичних малюнків елементів активних структур приладів із заданою конфігурацією і розмірами, ультрафіолетовим світлом.

 Нанесення  фоторезисту відбувається за  допомогою центрифуги. При цьому  пластину розміщують в центрі  платформи центрифуги, прижимають  за допомогою вакуумного насосу  і приводять разом з платформою  до обертання при обертанні  в центр пластини наносять  дозовану кількість розчину фоторезисту.  Центробіжні сили вирівнюють  слой фоторезисту по поверхні. На рисунку 3.2 зображена технологічна операція процесу фотолітографії.

 

Рисунок 3.2 – Технологічна операція процесу фотолітографії.

 

а) Обезжирення  пластини.

б) Нанесення  фоторезиста.

в) Сушіння (проводиться для повного видалення органічного розчінника при цьому температура і час сушіння повинні виключати можливість термічного задублювання фоторезисту).

г) Формування фотомаски. Скрите зображення фотомаски в слої фоторезисту досягається експонуванням фоторезисту через груповий фотошаблон. Експонування фоторезисту проводиться на спеціальній установці для суміщєння та експанування ЄМ-512.

д) Проявлення фоторезисту. Воно полягає в розчиненні незадублених ділянок в розчинах, на основі яких виготовлений фоторезист. Після чого проводять промивку пластин.

е) Задублювання фоторезиста.

ж) Травлення  відкритих ділянок плівки.

з) Видалення  плівки фоторезиста.

7. Дифузія. Дифузія легуючої домішки — третій основний етап планарного процесу. Вона служить для створення p-n-переходів, інших областей напівпровідникових приладів і інтегральних схем. Найбільше широко застосовується дифузійний метод створення p-n-переходу, оскільки він дає можливість виготовляти структури з контрольованими геометричними розмірами. Можливість чи уповільнення повного виключення дифузії домішки в ділянки кремнію, захищені шаром окислу, визначила вибір планарного процесу для масового виготовлення НП і ІМС. Процес дифузії удосконалений до такого ступеня, що стало можливим створення p-n-переходів, глибина яких контролюється з точністю до часток мікрометра.

Для прецизійного дозування  кількості домішки, що вводиться в кристал, широко використовується процес іонної імплантації. У багатьох випадках цей метод дозволяє реалізувати структури, не доступні для реалізації методом дифузії. Тому що більшість НП і ІМС містять понад 2—3 різних p- і n-областей, то процеси окислювання, фотолітографії, іонній імплантації і дифузії повторюються багаторазово.

Дифузію будемо проводити, згідно завдання, в відкритій трубі.

Оскільки дифузант вже  нанесено на пластину, обираємо однозонну  піч.

Час дифузії оберемо 4 год. Температуру - 700ºС.

Зовнішній вигляд установки для проведення дифузії наведено на рисунку 3.3.

Рисунок 3.3 – Дифузійна труба

На рисунку цифрами  позначено:

1. - пластини
2. - нагрівач