Реферат Расчет биполярного высокочастотного транзистора

Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2015-10-28

Поможем написать учебную работу

Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.

Предоплата всего

от 25%

Подписываем

договор

Имя

Выберите тип работы:

Принимаю Политику конфиденциальности

Скидка 25% при заказе до 8.11.2024

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

(ГОУВПО «ВГТУ»)

Физико-технический факультет

Кафедра полупроводниковой электроники и наноэлектроники
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
по дисциплине Твердотельная электроника

Тема Расчет биполярного высокочастотного транзистора
Расчетно-пояснительная записка
Разработал студент Д.Б. Никитин
Руководитель к.т.н. доцент Т.В. Свистова
Защищена ___________________ Оценка _______________________________
2010

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

(ГОУВПО «ВГТУ»)
Кафедра полупроводниковой электроники и наноэлектроники

ЗАДАНИЕ

на курсовой проект

по дисциплине Твердотельная электроника

Тема проекта Расчет биполярного высокочастотного транзистора

Студент группы МТЭ–071 Никитин Данил Борисович
Рассчитать основные параметры и характеристики биполярного высокочастотного транзистора. Исходный материал – кремний(Si). Структура: планарно-эпитаксиальная. Данные для расчета приведены в таблице 1.
Таблица 1 – Исходные данные для расчета

Тип структуры	I_к._max, mA	U_кб._max, В	h_21э	f_гр., МГц	Т, ⁰С	P_к._max, mВт
n-p-n	30	100	≥16	≥40	-60 - +125	500

Описать технологическую реализацию структуры проектируемого биполярного высокочастотного транзистора, выбрать его конструкции и реализовать на чертеже.
Сроки выполнения

Срок защиты курсового проекта

Руководитель                                                                        Т.В. Свистова

Задание принял студент                                                       Д.Б. Никитин

Замечания руководителя
Содержание
Задание                                                                                                                       2

Замечания руководителя                                                                                           3

Введение                                                                                                                    5

1 Расчетно-конструкторская часть                                                                            6

1.1 Выбор исходного материала и типа структуры транзистора                    6

1.2 Расчет профиля легирующей примеси                                                       8

1.3 Расчет пробивных напряжений                                                                           11

1.4 Расчет толщины коллекторного слоя                                                                  13

1.5 Расчет ширины области пространственного заряда (ОПЗ)

коллекторного и эмиттерного переходов                                                                           13

1.6 Расчет эффективности эмиттера                                                                 14

1.7 Расчет статических параметров                                                                           17

1.8 Эффект Хаузера                                                                                         19

1.9 Частотные свойства                                                                                             21

1.10 Выбор корпуса                                                                                         24

1.11 Расчет семейства выходных вольтамперных

характеристик транзистора                                                                                        26

2 Технологическая часть. Технология изготовления биполярного

высокочастотного транзистора                                                                                 29

3 Графическая часть                                                                                                  35

Заключение                                                                                                                 38

Список литературы                                                                                                    39
Введение
В настоящее время твердотельная микроэлектроника все более плотно входит в нашу жизнь. Одним из важных элементов полупроводниковых приборов является биполярный транзистор. Полупроводниковый биполярный транзистор широко используется при изготовлении усилителей, генераторов, инверторов, микросхем и других приборов микроэлектроники. Биполярные n-p-n транзисторы чаще всего используются в биполярных микросхемах.

Биполярный транзистор — трёхэлектродный полупроводниковый прибор, один из типов транзистора. Электроды подключены к трём последовательно расположенным слоям полупроводника с чередующимся типом примесной проводимости. По этому способу чередования различают n-p-n и p-n-p транзисторы (n (negative) — электронный тип примесной проводимости, p (positive) — дырочный). В биполярном транзисторе, в отличие от других разновидностей, основными носителями являются и электроны, и дырки (от слова «би» — «два»).

Выбор геометрических размеров и топологии транзистора, определение формы эмиттера, коллектора и базы, определяется требованиями к параметрам. Целью данного курсового проекта является расчет топологии, электрических параметров и характеристик проектируемого полупроводникового прибора, выбор конструкции корпуса.
1 Расчетно-конструкторская часть
1.1 Выбор исходного материала и типа структуры транзистора
Начинать разработку транзистора рекомендуется начинать с выбора исходного материала, то есть самого полупроводника. В данном случае, то есть при разработке биполярного транзистора, выбираем кремний, исходя из того, что любой полупроводник при определенной температуре становится собственным. Эта температура является критической и максимально допустимой температурой кристалла прибора T_max. Чем выше ширина запрещенной зоны полупроводника, тем выше эта температура. Кремний обладает нужными нам параметрами. Ширина запрещенной зоны – 1,11 эВ. Поэтому кремниевые транзисторы могут работать при довольно высоких температурах, имеют достаточно маленькие обратные токи коллектора и эмиттера, и высокие пробивные напряжения. Предельная возможность реализации основных электрических параметров транзистора определяется величиной произведения v_s
×
Е_пр (v_s – скорость насыщения дрейфа, Е_пр – напряженность пробивного электрического поля).

На монокристаллах кремния относительно просто создать слой диоксида кремния, который обладает маскирующими свойствами, при диффузии легирующих примесей в кремний. Это привело при производстве кремниевых транзисторов и других приборов к широкому использованию высокопроизводительных и точных методов планарной технологии.

Планарная технология является одним из основных методов формирования современных транзисторных структур. Преимущество планарной технологии – универсальность, позволяющая на одном и том же оборудовании организовать производство различных по параметрам транзисторов путем изменения набора фотошаблонов и режимов диффузии примесей. При использовании планарной технологии можно создавать транзисторы с хорошими частотными свойствами. Места выхода р-n переходов планарного транзистора на поверхность кристалла полупроводника оказываются под слоем диоксида кремния, который является хорошим диэлектриком. Он служит защитой поверхности кремния от внешних воздействий, повышая стабильность параметров и надежность транзисторов.

Эпитаксиальная технология позволяет уменьшить толщину слаболегированного коллекторного слоя до нескольких микрометров и тем самым уменьшить объемное сопротивление этого слоя. Поэтому на пластину сильнолегированного кремния с удельным сопротивлением порядка 0,01Ом×см наращивают слаболегированный эпитаксиальный слой толщиной до 10 мкм с удельным сопротивлением имеющим величину порядка (1 - 10) Ом×см, в котором создаются р-n переходы. Коллекторный переход, расположенный в высокоомном эпитаксиальном слое, имеет небольшую барьерную емкость и высокое пробивное напряжение.

Структура n-р-n наиболее проста с точки зрения ее технологической реализации и обладает хорошими частотными свойствами [1, 2].

Удельное сопротивление выбираем, исходя из заданного значения U
_кб,
_max. Удельное сопротивление эпитаксиального слоя определяет величину пробивного напряжения коллекторного p
-
n перехода U
_кбо. Пробивное напряжение U
_кбо должно быть, по крайней мере, на (20-30) % больше U
_кб,
_max:
.                                             (1)
Полагаем запас на пробой сферической части р-n – перехода
.                                                                (2)
Так как различные методы повышения пробивного напряжения в местах закругления коллекторного перехода обычно не дают получить значения U
_кб
_o
£

U
_{проб.пл} [1].

По значению U
_пр
=250В находим концентрацию примеси в высокоомном коллекторном слое N
_к
=1,5

10¹⁵ см^-3 по графику зависимости N
(
U
_пр
) [2, 3]. Зная концентрацию примесей в высокоомном слое, найдем удельное сопротивление этого слоя:
, (3)
где q – заряд электрона;

m_онк – подвижность основных носителей заряда в коллекторе.
Далее выбираем марку кремния [4, 5]. Марка эпитаксиальной структуры кремния должна имеет следующий вид
,
где 13КЭФ – 4,81 – кремний электронный, легированный фосфором, удельное сопротивление 4,81 , толщина слоя 8 мкм; 200КЭС – 0,01 – кремний электронный, легированный сурьмой, удельное сопротивление 0,01 , толщина подложки 200 мкм; 100 - диаметр подложки, мм.
1.2 Расчет профиля легирующей примеси
Режимы диффузии эмиттерной и базовой примеси подбираются экспериментально.

Закон распределения примесей может быть описан приближенным выражением:

(4)
где N
_э – концентрация примеси в эмиттере;

N
_б – концентрация примеси в базе;

N
_К
– концентрация примеси в коллекторе;

х – глубина залегания слоя;

l
_Э
,
l
_Б - характеристическая длина в распределении доноров или акцепторов в эмиттере и базе соответственно.

Для планарных транзисторов область базы создается диффузией примеси с концентрацией меньшей предельной растворимости примеси в кремнии, а область эмиттера создается диффузией примеси с концентрацией, приближающейся к пределу растворимости примеси в кремнии. Легирующей примесью для n - области служит фосфор, предел растворимости фосфора в кремнии N_s
_Р = 10²¹ см^-3, легирующей примесью для р – области служит бор, предел растворимости бора в кремнии N_s
_В = 3×10²⁰ см^-3 [1].

Чтобы существовала трехслойная структура транзистора необходимо соблюдение условия: характеристическая длина в распределении примеси в эмиттере l
_Э, должна быть менее характеристической длины в распределении примеси в базе l
_Б. Характеристическая длина в распределении примеси в базе определяется следующим образом:

(5)
где W
_бо1 – ширина технологической базы.

.
Исходя из выбранных условий, строим профиль распределения легирующей примеси рисунок 1.

Из профиля распределения примеси определяем:

1)          глубину залегания эмиттерного р-n перехода, х_эо=3,685·10^-5, см.

2)          глубину залегания коллекторного р-n - перехода х_ко=2,56·10^-4, см.
$C:\Users\Cervix\AppData\Local\Microsoft\Windows\Temporary Internet Files\Content.Word\Новый точечный рисунок.bmp$
Рисунок 1 – Профиль распределения легирующей примеси
Определяем толщину технологической базы W
_б_o:
                                              (6)
Определяем величину ускоряющего поля в базе и эмиттере:

(7)

(8)
где j_т - термический потенциал Больцмана, j
_т = 0,026 В.

1.3 Расчет пробивных напряжений
Существует три основных механизма пробоя: тепловой, лавинный и туннельный механизмы. Для кремниевых транзисторов характерны электрические типы пробоя: лавинный и туннельный. Туннельный имеет место в узких, примерно 0,1 мкм, эмиттерных переходах, а лавинный в широких, более 0,1 мкм, коллекторных переходах [3, 4]. При создании локальной базовой области возникает искривление фронта диффузии. Это обуславливает лавинный пробой. Центральная часть p
-
n перехода, полученная методом локальной диффузии, на рисунке 2 участок 1, имеет плоскую геометрию, боковые части (участок 2) – цилиндрическую, а углы – сферическую (участок 3).

Рисунок 2 – Структура планарного p
-
n перехода
Отклонение формы p
-
n перехода от плоской части увеличивает напряженность электрического поля в нем при том же приложенном напряжении, что способствует снижению пробивного напряжения. Поэтому расчет напряжения пробоя проводят по формулам для p
-
n перехода цилиндрической геометрии, считая, что коллекторный p
-
n переход резкий[4]:
, (9)
где U
_{проб.пл} – напряжение пробоя плоской части p
-
n перехода;

m=1 – для цилиндрического перехода, m=2 – для сферического перехода;

γ₀=
r_j

/
x_d

_max
_=0,195, где r_j – радиус кривизны p
-
n перехода, примерно равный глубине залегания коллекторного перехода, x_d

_max – ширина обедненного слоя при пробое.
Ширина обедненного слоя при пробое вычисляется по следующей формуле:

,           (10)
Напряжение плоской части p
-
n перехода определяем по формуле:
,                                                                                                                  (11)
где E_g – ширина запрещенной зоны кремния, E_g = 1,11 эВ.
Вычисляем напряжение пробоя сферического перехода:
,                                                                                                            (12)
и цилиндрического перехода:
.                                                                                                                (13)
При сравнении U
_кбо с напряжением пробоя сферического, цилиндрического и плоского переходов, выбираем круговую геометрию эмиттера.
1.4 Расчет толщины коллекторного слоя
Величина ширины коллекторного перехода x_d
_к
(
U
_{кб макс}
) находим по формуле для ступенчатого резкого ассиметричного p
-
n перехода:

, (14)
Толщину высокоомного коллекторного слоя

l
_ко полагаем равной ширине коллекторного p
-
n перехода x_d
_к при напряжении U
_кб0
=
U
_{кб макс} плюс небольшой запас ∆l
_ко
=5÷7 мкм на толщину эмиттерного слоя x
_эо и базового слоя W
_эо:

. (15)
1.5 Расчет ширины области пространственного заряда (ОПЗ) коллекторного и эмиттерного переходов
Область пространственного заряда коллекторного p
-
n перехода[1]:
(16)

где U
_кб = U
_{кб макс} / 2 = 50, В – рабочее напряжение на коллекторном переходе.

Протяженность коллекторного p
-
n перехода в области базы x
_к
’ (рис.1.1):

(17)
(18)
Величина (x
’’_э-
x
_эо) представляет собой полуширину эмиттерного p-n перехода, поскольку при прямых смещениях его можно считать линейным и плавным. Тогда:

(19)
где

;

;
φ_кэ – контактная разность потенциалов в p-n переходе, для реальных приборов примерно 0,85, В.

                                                                                                                       (20)
1.6 Расчет эффективности эмиттера
Эффективность эмиттера определяется по формуле:
,                                                                        (21)
где D_ннэ, D_ннб – коэффициент диффузии неосновных носителей в эмиттере и базе соответственно;

G_б, G_э – числа Гуммеля базы и эмиттера;

n_i_э – плотность собственных носителей в эмиттере.
,                                                            (22)

.                                                          (23)
Величины m_ннэ(х) и m_ннб(х) в формулах (17) и (18) определим по следующей формуле [2]:
,                                                                      (24)

где m₁ = 65 см²/В×с для электронов, m₁ = 48 см²/В×с для дырок;

m₂ = 1265 см²/В×с для электронов, m₁ = 447 см²/В×с для дырок;

N₀ = 8,5×10¹⁶ см^-3 для электронов, N₀ = 6,3×10¹⁶ см^-3 для дырок;

N(х) – суммарное распределение примеси;

А = 0,72 для электронов, А = 0,76 для дырок.

Находим коэффициенты диффузии неосновных носителей в эмиттере и базе соответственно:

Числа Гуммеля вычисляем по следующим формулам:
,                         (25)
.                                     (26)
При высокой концентрации примеси в эмиттере начинает сказываться эффект сужения запрещенной зоны. При комнатной температуре сужение зоны описывается формулой:
, [мэВ]                                              (27)
где - средняя концентрация примесей в эмиттере;
,                                          (28)
где k
= 8,62
×
10^-5 эВ/К – постоянная Больцмана;
Находим эффективность эмиттера по формуле (21):

1.7 Расчет статических параметров
Выберем значение статического коэффициента усиления по току в схеме с общей эмиттером h_21Э=150 из определенного в задании интервала, тогда интегральный коэффициент в схеме с общей базой:
.                                                                         (29)
Интегральный коэффициент переноса носителей в базе:
                                                                       (30)
Полный эмиттерный ток:
                                                         (31)
Определим постоянный ток коллектора (основные носители в коллекторе):
I_к = a_тgI_э=1,013

0,981

0,03=0,03, А.                            (32)
Определяем постоянный полный базовый ток (неосновные носители):
.                                                                  (33)
Определяем постоянный (основные носители) ток эмиттера:
,                                                                     (34)
Определяем коэффициент поля:
,                                                 (35)
где N_бк= N_к и N_бэ = N_б exp(-x_эо/l_б).

Определим диффузионную длину неосновных носителей в базе из формулы:

,                                                                            (36)
где W_б - толщина квазинейтральной базы: W_б = х_к¢-х_э²=1,126

10^-4.
Определим время жизни неосновных носителей в базе:
(37)

1.8 Эффект Хаузера
В режиме высоких плотностей эмиттерного тока j_э = (100 –3000) А/см² возникает эффект оттеснения эмиттерного тока, который заключается в появлении неоднородного распределения плотности эмиттерного тока по ширине эмиттера.

Найдем поперечное сопротивление активной базы [1]:
, (38)

Ом/□_□□□

где - подвижность основных носителей в базе.
Найдем поперечное сопротивление пассивной базы:

, (39)

Ом/□

где .
Находим плотность эмиттерного тока по формуле, приведенной в [1]:
                          (40)
Где - контактная разность потенциалов в коллекторном р-n переходе,
;
;
n_i = 1,9×10¹⁰ см^-3 – концентрация собственных носителей в кремнии,

U_эб=0,75 – определяется из условия j_кэ - U_эб = 0,15 В, а j_кэ = 0,9, В;

U_кб = U_{кб макс.}/2=100/2=50, В – рабочее напряжение на коллекторном переходе;

D(x_э¢¢) = D[N(x_э¢¢)] = j_т×m[N(x_э¢¢)]=0,026×536,017=4,904.
Найдем площадь эмиттера:
,                                                                (41)
где I_Э – полный эмиттерный ток
Коэффициент оттеснения тока эмиттера, показывающий во сколько раз плотность тока на краю эмиттера больше, чем в центре:
,                                                                (42)
где DU_ба – разность потенциалов в активной области базы.
, В
, Ом
Площадь базы S_б = l_б×Z_б. Кристалл кремния не должен быть больше 5х5 мм². Размеры кристалла выбирают с учетом допусков D = 100 мкм от границ кристалла до области базы.
1.9 Частотные свойства
Рассчитаем время задержки при пролете носителей через базу:
St _З = r_эC_{э бар.} + (r_б +r_к)C_{к бар} + t_б + t_к=2,646

10^-9, с                                    (43)
где    r_эC_{э бар} - постоянная времени цепи эмиттера;

(r_б +r_к)C_{к бар} - постоянная времени цепи коллектора;

t_б - время пролета квазинейтральной базы;

t_к - время пролета обедненной области коллектора.
Рассчитаем постоянную времени цепи эмиттера. Найдем барьерную емкость эмиттерного перехода:
,                                               (44)
где S_э – площадь эмиттера;

      x_d_э – ширина ОПЗ эмиттерного перехода.

Рассчитаем дифференциальное сопротивление эмиттера:
,                                                             (45)

Найдем постоянную времени коллекторной цепи. Найдем барьерную емкость коллекторного перехода:

                                                     (46)
где S_к - площадь коллектора, S_к = 100S_э,

      x_d_к – ширина ОПЗ коллекторного перехода.
.
Полное объемное сопротивление коллекторного слоя:
,                                                                  (47)

Сопротивление активной и пассивной базы:
, Ом       (48)
,                                                     (49)
Радиус эмиттера определяется как:

Полное сопротивление базы:
r_б = r_ба + r_бп,                                                                  (50)
r_б = 34,645+9,871 = 44,516 (Ом).
Определим время пролета квазинейтральной базы неосновными носителями:
,                                                       (51)
где W_б – толщина квазинейтральной базы.
Найдем время пролета обедненной области коллектора:
,                                                       (52)
где v_s - дрейфовая   скорость   носителей в   кремнии, v_s = 10⁷см/с.

Находим граничную частоту:
,                                                 (53)

1.10 Выбор корпуса
Для кремниевого транзистора максимальная температура перехода Т_макс = 125 ⁰С. Тепловое сопротивление переход – корпус, учитывая размеры эмиттера и боковое растекание тепла, можно оценить по формуле:
,                                                       (54)
где l =1,45 Вт/(см×⁰С) – коэффициент теплопроводности для кремния.

Выбираем корпус с тепловым сопротивлением R_тк-с, ⁰С/Вт. Тогда полное тепловое сопротивление:
R_тп-с = R_тп-к + R_тк-с.                                                       (55)
При температуре окружающей среды Т₀=25 ⁰С максимальная мощность, рассеиваемая коллектором:
,                                             (56)

На основе полученных данных выбираем корпус.
1.11 Расчет семейства выходных вольт - амперных характеристик транзистора
Рассчитаем семейство выходных вольт – амперных характеристик проектируемого транзистора в схеме с общей базой (ОБ) I_к(U_кб) при I_э = const. Уравнение, позволяющее рассчитать семейство выходных характеристик в схеме с общей базой, имеет вид:
,                                  (57)
где I_э – ток эмиттера, задаем три значения не более тока эмиттера;

h_21б – интегральный коэффициент усиления по току в схеме с ОБ;

I_кбо – обратный ток перехода коллектор – база при Iэ = 0:
,                                (58)
где S_к – площадь коллекторного перехода;

     D_ннб – коэффициент диффузии неосновных носителей в базе;

     N_ннб – концентрация неосновных носителей в базе, N_ннб = n_i²/N_б,

L_ннб – диффузионная длина неосновных носителей в базе;

W_б – толщина квазинейтральной базы;

U_кб – напряжение коллектор – база, задаем в пределах от - 2 до + 2 В.

Предельно допустимый ток коллектора:
,                                                   (59)
Семейство выходных ВАХ транзистора в схеме ОБ приведены на рисунке 3.

Iк, A

Iэ1=0,03 A

Iэ1=0,025 A

Iэ1=0,02, A

Iэ1=0,015 A

Iэ1=0,01 \A

Uкб, В

$C:\Users\Cervix\AppData\Local\Microsoft\Windows\Temporary Internet Files\Content.Word\Новый точечный рисунок (3).bmp$
Рисунок 3 – Семейство выходных ВАХ транзистора в схеме ОБ
Рассчитаем семейство ВАХ проектируемого транзистора в схеме с общим эмиттером (ОЭ) I_к(U_кэ) при I_б = const.

Выражение для семейства выходных ВАХ в схеме с ОЭ примет вид:
, (60)
где I_кэо – начальный сквозной ток при I_б = 0 в схеме с общим эмиттером, I_кэо = I_кбо/(1 – h_21б),

U_кб(U_кэ) = U_кэ – U_эб, U_эб = 0,75 В, U_кэ задаем от 0 до 0,6 В через 0,1В.

Iк, A

Семейство выходных ВАХ транзистора в схеме ОЭ приведены на рисунке 4.

Iб4=0,0002, A

Iб3=0,00015, A

Iб2=0,0001, A

Uкэ, В

Iб1=0, A

$C:\Users\Cervix\AppData\Local\Microsoft\Windows\Temporary Internet Files\Content.Word\Новый точечный рисунок (4).bmp$

Рисунок 4 – Семейство выходных ВАХ транзистора в схеме ОЭ

2 Технологическая часть. Технология изготовления биполярного высокочастотного транзистора.
Для того, чтобы представить производственный цикл изготовления планарного транзистора, покажем процесс изготовления n-p-n транзистора. Последовательность фотолитографических операций (ФО) и термических процессов (ТП) представлена ниже:

1)                Химобработка (ХО) перед окислением (ФО)

2)                Окисление (ТП)

3)                Фотолитография 1 (ФО)

4)                Диффузия бора (ТП)

5)                Фотолитография 2 (ФО)

6)                Диффузия фосфора (ТП)

7)                Фотолитография 3 (ФО)

8)                Напыление Al (ФО)

9)                Фотолитография 4 (ФО)

Исходным материалом для изготовления планарного транзистора служит пластина n-кремния. Кремний берется с удельным сопротивлением 0,01 Ом´см. Толщина высокоомного слоя в планарно-эпитаксиальном транзисторе составляет 13 мкм при толщине всей пластины 200 мкм.

Рассмотрим последовательность операций подробнее:

1)                Химобработка полупроводниковых подложек состоит в растворении их поверхностного слоя под действием кислотных или щелочных травителей. Химическая инертность кремния объясняется наличием на исходной пластине оксидной пленки. Она растворяется в водных растворах щелочей и плавиковой кислоте. Поэтому для травления кремния используют два вида травителей: кислотный и щелочной[4].

2) Термическое окисление проводят при температуре около 1200° С в течение двух-трех часов: вначале в сухом кислороде, затем в атмосфере увлажненного кислорода и на заключительном этапе — вновь в сухом кислороде. В процессе окисления на поверхности пластин образуется окисная пленка толщиной 0,5—1 мкм.

Рисунок 5 – Пластина после первого окисления
3) Для диффузии бора для создания базовой области, производим первую фотолитографию, которая вскрывает «окна» под диффузию. Травление окон для вскрытия «окон» производят в растворе плавиковой кислоты.

Рисунок 6 – Пластина после первой фотолитографии
4) Диффузия бора производится на глубину . Диффузия в планарной технологии производится в две стадии. Первая стадия – загонка (короткая диффузия из источника с постоянной поверхностной концентрацией). Температура процесса 900—1000 °Св течение времени от 20 мин до 1 ч. При этом образуется слой р-типа глубиной в несколько десятых микрона с поверхностной концентрацией, равной предельной растворимости бора в кремнии при температуре диффузии. Затем пластины вынимаются из печи и с их поверхности удаляют стеклообразный слой, который снимают в растворе плавиковой кислоты. Далее пластины промываются в деионизованной воде. Чистые пластины помещают в чистую печь и проводят второй этап диффузии – разгонка. Режим второй стадии: 1050—1250 °С в течение нескольких часов. Как и при первом окислении, используется кислородная атмосфера с увлажнением и без увлажнения. По окончании второй стадии проводят контроль диффузии.

Рисунок 7 – Пластина после диффузии бора в область базы
5) В процессе второй фотолитографии вскрываются «окна» под эмиттерные области. Процесс происходит аналогично первому процессу фотолитографии, но различие данных процессов состоит в том, что во втором случае производится совмещение фотошаблона с метками, сделанными в первом фотолитографическом процессе. По окончании процесса появляется возможность выборочно контролировать пробивное напряжение р-n-переходов и выход годных по этому параметру структур.

Рисунок 8 – Пластина после второй фотолитографии
6) После второго процесса фотолитографии производят диффузию фосфора в эмиттерные «окна» на глубину аналогично диффузии бора. Режим диффузии фосфора выбирается в зависимости от требований к электрическим параметрам транзистора, методика процесса сходна с методикой диффузии бора.

Рисунок 9 – Пластина после диффузии фосфора в область эмиттера
7) Завершив предыдущие процессы, получаем готовую структуру. Для ее функциональности необходимы омические контакты. В процессе третьей фотолитографии вскрываются контактные площадки к областям эмиттера, базы и коллектора.

Рисунок 10 – Пластина после третьей фотолитографии
8) Далее производится металлизация поверхности структуры, полученной в предыдущих процессах. Обычно металлизация осуществляется в среде вакуума и сопровождается тонкой пленкой металла на поверхности структуры.

Рисунок 11 – Пластина после металлизации Al
9) В последнем процессе фотолитографии удаляют ненужные слои Al, после чего производится отжиг пластины для снижения переходных сопротивлений между пленкой металла и кремнием.

Рисунок 12 – Готовая структура
В полупроводниковой технологии предъявляются очень высокие требования к качеству материалов, точности работы оборудования и условиям производства. Мехобработка осуществляется по высшему классу чистоты обработки поверхности. Особые требования предъявляют к термическому оборудованию: точность установки и поддержания температуры должна быть не хуже 0,5К. Газовая среда, в которой производят важные технологические процессы, подвергается тщательной осушке и обеспылеванию. При изготовлении фотошаблонов и совмещении очередного шаблона с рисунком, ранее нанесенном на полупроводниковую пластину, точность работы оборудования должна составлять десятые доли микрометра. Так же существует много других условий для изготовления полупроводниковых приборов. Соблюдение данных требований ведет к повышению выхода годных продуктов.

Bukvasha