Диффузионный метод

Электрохимический метод

Электрохимические методы получения p-n-переходов применяют, когда необходимы малые расстояния между p- и n-областями (например, в транзисторе можно получать расстояние между эмиттером и коллектором порядка 3…4 мкм). Сущность метода состоит в электрохимическом осаждении металла на поверхность полупроводника. В результате реакции образуется контакт металл-полупроводник, свойства которого зависят от физических характеристик материалов.

В редких случаях применяют комбинирование электрохимического осаждения и сплавления. Для этого полупроводник, в лунках которого произведено осаждение металла, нагревают до температуры, необходимой для вплавления последнего в полупроводник. Такую технологию создания p-n переходов называют микросплавной.

P-n-переходы, полученные электрохимическим осаждением и сплавлением, обычно используют при производстве высокочастотных полупроводниковых приборов.

В настоящее время для введения примесей в исходный полупроводник и получения плоскостных p-n переходов наиболее широко применяют высокотемпературную диффузию. Переход, образованный в результате диффузии примеси в полупроводник, называют диффузионным. При изготовлении диффузионного германиевого p-n перехода в качестве исходного материала используют пластину монокристалла германия p-типа, а в качестве донора – сурьму (в германии коэффициент диффузии донорных примесей значительно больше, чем акцепторных). Диффузия осуществляется в водородной печи (рис. 2в). Кристалл германия нагревается до температуры, близкой к температуре плавления. Атомы сурьмы напыляются из газовой фазы на поверхность кристалла и диффундируют вглубь него. На поверхности образуется тонкий диффузионный слой германия с электропроводностью n-типа. После травления этот слой (и соответственно p-n-переход) оставляют только на одной из граней пластины (рис. 2г) При изготовлении кремниевых переходов в качестве исходного материала обычно берут пластину кремния с электропроводностью n-типа, а в качестве диффузанта – бор.

В диффузионном слое концентрация примесей уменьшается от поверхности вглубь кристалла по закону, близкому к экспоненциальному. При диффузии образуется плавный p-n-переход. Роль эмиттера выполняет высоколегированный диффузионный слой.

Переход p-n возникает в области, где концентрация носителей заряда близка к той, которая имеется у материала без примеси (при собственной электропроводности). Ввиду неравномерного распределения примеси по толщине в области, полученной диффузией, имеется собственное электрическое поле.

Разница в значениях коэффициентов диффузии у разных материалов использована для одновременного получения двух областей с разным типом электропроводности. Так, для германия коэффициент диффузии донорных примесей на несколько порядков выше коэффициента диффузии акцепторных примесей, а в кремнии наблюдается обратная картина. Поэтому, если пластину полупроводника поместить в высокотемпературную среду газа, содержащего пары как донорных, так и акцепторных примесей, атомы примесей с большим коэффициентом диффузии проникнут глубже внутрь полупроводника и создадут область с соответствующей электропроводностью. Атомы примесей с меньшим коэффициентом диффузии образуют вблизи поверхности полупроводника область с противоположным типом электропроводности. При этом необходимо, чтобы концентрация примесей с малым коэффициентом диффузии была значительно больше концентрации примеси с большим коэффициентом диффузии. Качество процесса диффузионного получения переходов во многом зависит от точности поддержания требуемой температуры. Например, при температуре 1000…1200°С изменение ее на несколько градусов может в два раза изменить коэффициент диффузии.

Двухстадийную (двухэтапную) диффузию применяют для уменьшения влияния изменения температуры на качество полупроводниковых приборов, получаемых методом диффузии. В первой стадии на поверхности полупроводниковой пластины при сравнительно низкой температуре получают стеклообразный слой, содержащий легирующие примеси. Во второй – полупроводниковую пластину помещает в печь с более высокой температурой, при которой диффузия примесей происходит из стеклообразного слоя вглубь пластины, а на поверхности полупроводника остается диэлектрическая пленка оксида. Двухстадийный процесс диффузии часто используют при введении примесей бора в кремний. В качестве источника примесей используется борный ангидрид В ₂ О ₃. Нагревая пластину и борный ангидрид в атмосфере водорода, на поверхности ее получают слой боросиликатного стекла. Нагрев пластины до более высокой температуры обеспечивает диффузию бора из слоя стекла внутрь пластины. При этом поверхность оказывается покрытой оксидом SiO ₂, который является диэлектриком. Таким образом, при двухстадийной диффузии осуществляется дозированное введение примесей из стеклообразного слоя в полупроводник.

Дата добавления: 2014-01-20