Tehnologia realizarii jonctiunilor semiconductoare

Tehnologia realizarii jonctiunilor semiconductoare

a. Realizarea jonctiunilor prin metoda alierii

Alierea consta in acoperirea unei parti din suprafata elementului sau aliajului semiconductor cu elementul sau aliajul de impurificare si incalzirea sistemului peste temperatura de topire a elementului impuritate, cu conditia ca aceasta temperatura sa fie mult mai mica decat temperatura de topire a semiconductorului. La racire se vor separa cristalele de material semiconductor saturate cu elemente de impuritate.

Avantaje: a fost cea mai raspandita metoda de realizare a jonctiunilor:

usurinta atasarii contactelor ohmice;

obtinerea unor jonctiuni abrupte;

posibilitatea organizarii unor productii automatizate.

Dezavantaje (inconveniente):

se realizeaza greu jonctiuni uniforme pe suprafete mari;

procesul de impurificare nu poate fi perfect controlat.

Obs. Dispozitivele realizate prin aliere acopera puterile de disipatie mari si pot fi utilizate la frecvente de pana la 30 MHz.

b. Realizarea jonctiunilor prin metoda difuziei

In tehnologia dispozitivelor semiconductoare discrete si a circuitelor integrate, procesul difuziei termice reprezinta unul dintre cele mai importante procese folosite in scopul realizarii jonctiunilor p-n, rezistorilor, regiunilor si peliculelor izolatoare in circuitele integrate.

Prin difuzia atomilor straini (impuritatilor) intr-un corp solid oarecare se intelege transportul acestor impuritati din regiunea corpului in care concentratia impuritatilor este mai mare, spre regiunile in care aceasta concentratie este mica.

Acest transport este deci conditionat de existenta unui gradient de concentratie (prezentat mai sus) si se face sub actiunea caldurii. 

Metoda difuziei, unde dintr-o atmosfrta de vapori impuritatile trivalente  sau pentavalente difuzeaza in semiconductorul aflat in stare solida, se realizeaza in practica cel mai adesea prin doua procedee:

- difuzia dintr-o sursa constanta (cu rezerva constanta) de impuritati;

- difuzia atomilor provenind din sursa finita.

In metoda difuziei profilul si concentratia impuritatilor pot fi mai bine controlate in raport cu metoda alierii prin topire; adancimea de patrundere este proportionala cu timpul de expunere iar concentratia scade aproximativ exponential cu acancimea de patrundere.

Dispozitivele obtinute prin difuzie atomica sunt cele mai reproductibile, caracteristicile de produs variind pe lot pana la 3-5%; aceste dispozitive pot fi utilizate pana la 300 MHz.

c. Realizarea jonctiunilor prin epitaxie

Prin epitaxie, in sensul larg al cuvantului, se intelege cresterea orientata a straturilor subtiri sau monocristalelor pe suporturi cristaline sau necristaline.

Impurificarea semiconductorului prin epitaxie consta in crearea pe semiconductor, prin depunere din faza gazoasa sau prin evaporare in vid, a unui strat de semiconductor monocristalin, strat care pastreza orientarea cristalina a semiconductorului initial.

Avantajele metodelor epitaxiale consta in posibilitatea realizarii cu precizie a unor atraturi impurificate de grosimi mici si eliminarea operatiilor de slefuire, decapare si spalare a placilor semiconductoare, operatii necesare la impurificarea prin alte metode.

Dispozitivele obtinute prin crestere epitaxiala se caracterizeaza prin sectiuni mari, respectiv curenti I si puteri de disipatie P_d mari (0,5-30 W); se utilizeaza in deosebi la joasa frecventa pana la 0,3 MHz.

Dezavantaj, dificulatea realizarii unor straturi uniforme pe suprafete mari, de unde si o slaba reproductibilitate; deviatia caracteristicilor de produs in cadrul unui lot poate fi mai mare de 50%.

d. Realizarea jonctiunilor prin implantare ionica

Impurificarea controlata a corpurilor solide prin implantare ionica utilizeaza fascicule electronice si ionice.

Prin implantare ionica, impuritatile necesare sunt introduse liniar, direct in monocristalul semiconductor prin reglarea precisa a parametrilor fasciculului, precum si timpul de iradiere; se poate regla adancimea de dopare, gradul de impurificare, se pot efectua dopari succesive etc.

In acelasi timp se poate stabili riguros traiectul si configuratia regiunilor active din circuitul integrat fara a apela la masti, iar datorita faptului ca fasciculul patrunde liniar in material, aparitia impurificarilor laterale este practic exclusa, fapt care duce la marirea frecventei de lucru a dispozitivelor obtinute.