Курсовая работа по физическим основам микроэлектроники - файл n1.doc

Курсовая работа по физическим основам микроэлектроники
скачать (3822.5 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc3823kb.03.11.2012 00:51скачать

n1.doc



ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РФ

Орловский Государственный Технический Университет


Кафедра физики

КУРСОВАЯ РАБОТА


на тему: «Расчет параметров ступенчатого p-n перехода»

Дисциплина: «Физические основы микроэлектроники»
Выполнил студент группы 31-В

Семенова Н. В.
Руководитель: Матюхин С.И.
Оценка: ____


Орел – 2008 г.
Орловский Государственный Технический Университет
Кафедра: «Физика»
ЗАДАНИЕ НА курсовую работу
Студент: Семенова Н.В. группа 31-В

Тема: «Расчет параметров ступенчатого p-n перехода»

Задание: рассчитать протяженность p-n-перехода в р-область (lp0).
Таблица 1- Исходные данные

Наименование параметра

Усл.об.

Значение параметра

Абсолютная величина результирующей примеси в базе

NБ

1,21014 см-3

Абсолютная величина результирующей примеси в эмиттере

Nэ

1,11016 см-3

Диэлектрическая постоянная воздуха

0

8,8510-12 Ф/м

Заряд электрона

e

1,6 10-19 Кл

Относительная диэлектрическая проницаемость полупроводника



16 Ф/м

Постоянная Больцмана

k

1,38  10-23 Дж/К

Равновесная концентрация дырок в n-области

pn0

105 см-3

Равновесная концентрация дырок в p-области

np0

1,1103 см-3

Температура окружающей среды

T

298 K


Оглавление

1.2 Структура p-n-перехода 9

1.3 Методы создания p-n-переходов 14

1.3.1 Точечные переходы 14

1.3.2 Сплавные переходы 15

1.3.3 Диффузионные переходы 15

1.3.4 Эпитаксиальные переходы 16

1.4 Энергетическая диаграмма p-n-перехода в равновесном состоянии 19

1.5 Токи через p-n-переход в равновесном состоянии 21

1.6 Методика расчета параметров p-n-перехода 24

1.7 Расчет параметров ступенчатого p-n-перехода 26

часть iii. Фотолитография (реферат) 29

Приложение 43

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 44


ВВЕДЕНИЕ
Полупроводники могут находиться в контакте с металлами и некоторыми другими материалами. Наибольший интерес представляет контакт полупроводника с полупроводником. Этот интерес вызван следующими двумя обстоятельствами. В случае контакта метал – полупроводник выпрямляющими свойствами контакта можно управлять с помощью только одной из половин контакта, а именно, со стороны полупроводника. Это видно хотя бы из того факта, что весь запирающий (или антизапирающий1) слой лежит в полупроводниковой области и его толщину, а значит, и ток можно регулировать концентрацией носителей n0, т.е. выбором типа кристалла, легированием полупроводника, температурой, освещением и т.д. Второе обстоятельство заключается в том, что практически поверхности металла и полупроводника никогда не образуют идеального контакта друг с другом. Всегда между ними находятся адсорбированные атомы или ионы посторонних веществ. Адсорбированные слои экранируют внутреннюю часть полупроводника так, что фактически они определяют свойства выпрямляющих контактов или во всяком случае существенно влияют на них.

В случае контакта полупроводник – полупроводник оба недостатка отсутствуют т.к. в большинстве случаев, контакт осуществляют в пределах одного монокристалла, в котором половина легирована донорной примесью, другая половина - акцепторной. Существуют и другие технологические методы создания электронно-дырочного перехода, которые будут рассмотрены в данной курсовой работе. Кроме того, целью предпринимаемого исследования является определение основных параметров и характеристик, а также физических процессов, лежащих в основе образования и функционирования p-n-перехода для ответа на основной вопрос данной работы: «Какова ширина p-n-перехода?» при заданных исходных параметрах.

В третьей части данной работы будет предпринята попытка рассказать о процессе фотолитографии.

ЧАСТЬ I. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 Понятие о p-n-переходе
Основным элементом большой группы полупроводниковых приборов является электронно-дырочный переход. Такой переход представляет собой область между двумя полупроводниками разного типа проводимости, объединенную основными носителями заряда. В зависимости от характера распределения концентрации примеси в объединенном p-n слое переходы бывают ступенчатыми (резкими) и плавными.

В плавных p-n-переходах изменение концентрации донорных (Nd), и акцепторных (Na) примесных атомов происходит на расстоянии, сравнимом с шириной обеднённого слоя или превышающем её. В резких p-n-переходах изменение концентрации примесных атомов от Nd до Na происходит на расстоянии, меньшем ширины обеднённого слоя [8]. Резкость границы играет существенную роль, т.к. в плавном p-n-переходе трудно получить те вентильные свойства, которые необходимы для работы диодов и транзисторов [4].

На рис. 1.1 представлено распределение зарядов в полупроводниках при плавном и резком изменении типа проводимости.



Рисунок 1.1 - Распределение примеси и носителей заряда в полупроводнике при изменении типа проводимости: (а) плавное изменение типа проводимости; (б) резкое изменение типа проводимости.
При плавном изменении типа проводимости (рис. 1.1.а) градиент концентрации2 результирующей примеси мал, соответственно малы и диффузионные токи3 электронов и дырок.

Эти токи компенсируются дрейфовыми токами4, которые вызваны электрическим полем связанным с нарушением условия электрической нейтральности:

n + Na = p + Nd, (1.1.1)

где n и p – концентрация электронов и дырок в полупроводнике:

Na, Nd – концентрация ионов акцепторной и донорной примесей.

Для компенсации диффузионных токов достаточно незначительного нарушения нейтральности, и условие (1.1.1) можно считать приближенно выполненным.

Условие электронейтральности свидетельствует о том, что в однородном полупроводнике независимо от характера и скорости образования носителей заряда в условиях как равновесной, так и не равновесной концентрации не могут иметь место существенные объемные заряды в течении времени, большего (3-5)?? (???10-12 с), за исключением участков малой протяжённости:

,

где ?? – время диэлектрической релаксации; ?0 – диэлектрическая постоянная воздуха; ? – относительная диэлектрическая проницаемость полупроводника; q – заряд носителя заряда (электрона); n0, p0 – равновесные концентрации электронов и дырок в полупроводнике; ?n, ?p – подвижность электронов и дырок в полупроводнике.

При резком изменение типа проводимости (рис. 1.1.б) диффузионные токи велики, и для их компенсации необходимо существенное нарушение электронейтральности (1.1.1).

Изменение потенциала по глубине x полупроводника происходит по экспоненциальному закону: . Глубина проникновения электрического поля в полупроводник, Ld, называется дебаевской длиной и определяется из уравнения:



где - температурный потенциал.

При этом электрическая нейтральность существенно нарушается, если на дебаевской длине изменение результирующей концентрации примеси велико.

Таким образом нейтральность нарушается при условии:

(1.1.2)

В состоянии термодинамического равновесия при отсутствии вырождения5 справедлив закон действующих масс:

(1.1.3)

при условии (1.1.3) правая часть (1.1.2) достигает минимума при поэтому условие существования перехода (условие существенного нарушения нейтральности) имеет вид:

(1.1.4)

где дебаевская длина в собственном полупроводнике.

Переходы, в которых изменение концентрации примеси на границе слоев p- и n-типа могут считаться скачкообразными называются ступенчатыми.

В плавных переходах градиент концентрации примеси конечен, но удовлетворяет неравенству(1.1.4).

Практически ступенчатыми могут считаться p-n-переходы, в которых изменение концентрации примеси существенно меняется на отрезке меньшем Ld.

Такие переходы могут быть полученными путем сплавления, эпитаксии.

По отношению к концентрации основных носителей в слоях p- и n-типа переходы делятся на симметричные и несимметричные.

Симметричные переходы имеют одинаковую концентрацию основных носителей в слоях (pp ? nn). В несимметричных p-n-переходах имеет место различная концентрация основных носителей в слоях (pp >> nn или nn >> pp), различающаяся в 100 - 1000 раз [3].

1.2 Структура p-n-перехода



Наиболее просто поддаются анализу ступенчатые переходы. Структура ступенчатого перехода представлена на рис. 1.2. Практически все концентрации примесей в p- и n-областях превышают собственную концентрацию носителей заряда ni. Для определения будем полагать, что эмиттером является p–область, а базой n–область. В большинстве практических случаев выполняется неравенство



где и -результирующие концентрации примеси в эмиттере и базе.

Рисунок 1.2 соответствует кремниевому переходу (ni ? 1010 см-3 ) при комнатной температуре (Т=290К) с концентрацией примеси ,.
Р
исунок 1.2 - Распределение примеси и носителей заряда в ступенчатом P-N переходе: (а)- полулогарифмический масштаб; (б)- линейный масштаб.
В глубине эмиттера и базы концентрация основных носителей заряда практически совпадает с результирующей концентрацией примеси:

pро =Nэ, n=NБ, (1.2.1)

а концентрация не основных носителей определяется законом действующих масс:

nр0=ni/pр0=ni/Nэ (1.2.2.а)

pn0=ni/nn0=ni/NБ (1.2.2.б)

Индексы «p» и «n» соответствуют p- и n-областям, а индекс «0» соответствует состоянию термодинамического равновесия. Следует отметить, что концентрация не основных носителей в базе больше чем в эмиттере (а при Nэ>>NБ много больше). На рис. 1.2.а распределение примесей и носителей заряда представлено в полулогарифмическом масштабе.

Переход занимает область –lр0 < x < ln0. Конечно границы перехода x=-lp0 и x=ln0 определены в некоторой степени условно, так как концентрация основных носителей изменяется плавно. Тем не менее, из рисунка видно, что уже на небольшом расстоянии от границ внутри перехода выполняется равенство:

P<э, (1.2.3)

n<Б.

Неравенства (1.2.3) выполняется во всем p-n-переходе.

На рис. 1.2.б распределение концентрации носителей и примесей заряда изображены в линейном масштабе. Из рисунка видно, что в эмиттерной области перехода (-lp0
рэ = -lNэ.

В базовой области перехода (0no) плотность объемного заряда положительна:

pБ=lNб.

Для n-области основными носителями являются электроны, для p-области дырки. Основные носители возникают почти целиком вследствие ионизации донорных и акцепторных примесей.

Помимо основных носителей эти области содержат неосновные носители: n-область - дырки (pno), p-область –электроны (nро). Их концентрацию можно определить пользуясь законом действующих масс:

nno∙Pno=pno∙nno=ni2. При nno=ppo=1022 м-3 и ni=1019 м-3 (для Ge)

получаем pno=nро=1016 м.

Таким образом, концентрация дырок в p-области на шесть порядков выше концентрации их в n-области, точно также концентрация электронов в n-области на шесть порядков выше их концентрации в p-области. Т.к. концентрация дырок в области p выше, чем в области n, то часть дырок в результате диффузии перейдет в n область, где в близи границы окажутся избыточные дырки, которые будут рекомбинировать с электронами. Соответственно в этой зоне уменьшается концентрация свободных электронов и образуются области нескомпенсированных положительных ионов донорных примесей. В p-области уход дырок из граничного слоя способствует образованию областей с нескомпенсированными отрицательными зарядами акцепторных примесей созданными ионами.

Подобным же образом происходит диффузионное перемещение электронов из n-слоя в p-слой. Однако в связи с малой концентрацией электронов по сравнению с концентрацией дырок перемещением основных носителей заряда высокоомной области в первом приближении пренебрегают. Перемещение происходит до тех пор, пока уровни Ферми обоих слоев не уравняются [4].



а)


б)


в)

Рисунок 1.3 - Физические процессы в полупроводнике – (а) плоскость физического перехода; (б) распределение концентрации акцепторной и донорной примеси в полупроводнике; (в) объёмный заряд.
На рис. 1.3.б, показано изменение концентрации акцепторных и донорных атомов при перемещении вдоль оси Х перпендикулярной плоскости. Неподвижные объемные заряды создают в p-n-переходе контактное электрическое поле с разностью потенциалов, локализованное в области перехода и практически не выходящее за его пределы.

Поэтому вне этого слоя, где поля нет, свободные носители заряда перемещаются хаотично и число носителей, ежесекундно наталкивающихся на слой объемного заряда, зависит только от их концентрации и скорости их теплового движения, которое подчиняется классической статистики Максвелла-Больцмана.

На рис. 1.3.в показаны неподвижные объемные заряды, образовавшиеся в p-n-переходе.

Неосновные носители - электроны из p-области и дырки из n-области, попадая в слой объемного заряда подхватываются контактными полем Vк и переносятся через p-n переход.

Другие условия складываются для основных носителей. При переходе из одной области полупроводника в другую они должны преодолевать потенциальный барьер qVк, сформировавшийся в p-n-переходе. Для этого они должны обладать кинетической энергией движения вдоль оси Х, не меньшей qVк.

На первых порах, после мысленного приведения p- и n-областей в контакт, потоки основных носителей значительно превосходят потоки неосновных носителей. Но, по мере роста объемного заряда, увеличивается потенциальный барьер p-n-перехода и потоки основных носителей резко уменьшаются. В тоже время потоки неосновных носителей не зависят от qVk и остаются неизменными. Поэтому относительно скоро потенциальный барьер достигает такой высоты, при котором потоки основных носителей сравниваются с потоками неосновных носителей.

Это соответствует установлению в p-n-переходе состояния динамического равновесия.

Из рис. 1.3.а видно, что в некоторой области Х=Хф концентрация электронов и дырок одинакова:

n0ф) = p0ф) = n

Эта плоскость называется плоскостью физического перехода в отличие от плоскости металлургического (или технологического) перехода Х=0, где результирующая концентрация примеси равна нулю. В симметричных переходах плоскости физического и металлургического переходов совпадают.

1.3 Методы создания p-n-переходов



Электронно-дырочные переходы в зависимости от технологии изготовления разделяются на точечные, сплавные, диффузионные, эпитаксиальные, планарные и другие.

1.3.1 Точечные переходы





Образуются точечно-контактным способом (рис. 1.4.). К полированной и протравленной пластине монокристаллического полупроводника n-типа подводят иглу, например из бериллиевой бронзы с острием 20-30 мкм. Затем через контакт пропускают кратковременные мощные импульсы тока. Место контакта разогревается до температуры плавления материала зонда, и медь легко диффундирует внутрь полупроводника образуя под зондом небольшую по объему область p-типа. Иногда перед электрической формовкой на конец иглы наносят акцепторную примесь (In или А1), при этом прямая проводимость контакта доходит, до 0,1 см. Таким образом, электронно-дырочный переход образуется в результате диффузии акцепторной примеси из расплава зонда и возникновения под ним области p-типа в кристаллической решетке полупроводника n-типа. Точечные переходы применяют при изготовлении высококачественных диодов для радиотехнического оборудования.

1.3.2 Сплавные переходы



Обычно получают вплавлением примеси в монокристалл полупроводника (рис. 1.5.). Монокристалл, например германия n-типа распиливают на пластины толщиной 200-400 мкм и затем после травления и полировки разрезают на кристаллы площадью в два-три миллиметра и больше. На кристаллы, помещенные в графитовые кассеты, накладывают таблетку акцепторного материала, чаще всего индия. Затем кассета помещается в вакуумную печь, в которой таблетка индия и слой германия под ней расплавляются. Нагрев прекращается и при охлаждении германий кристаллизуется, образуя под слоем индия слой p-типа. Застывшая часть индия представляет собой омический (невыпрямляющий) контакт, на нижнюю часть пластины наносят слой олова, который служит омическим контактом к германию n-типа. К индию и олову припаивают выводы обычно из никелевой проволочки.

Иногда, для образования омического контакта с областью n-типа, на неё напыляют сплав Au-Sb, содержащий примерно 0.17% сурьмы, и вплавляют его при температуре 40°С.

1.3.3 Диффузионные переходы



Диффузионные переходы получают диффузией примесного вещества в исходную полупроводниковую пластинку (рис. 1.6.). Это один из наиболее широко используемых методов получения p-n-перехода, он имеет несколько разновидностей.

При планарном методе диффузии переходы получают, используя изолирующий слой, препятствующий диффузии примесей. На поверхности кремния n-типа выращивается тонкий (около 3 мкм) слой двуокиси кремния SiO2 (рис. 1.6.). Фотолитографическим методом в определенных местах окисла получают «окна», через которые диффундирующие примеси проникают в n-слой, образуя переход.

Методы диффузии обеспечивают получение плавных p-n переходов и используются при изготовлении интегральных микросхем.



1.3.4 Эпитаксиальные переходы



Эпитаксиальные переходы образуются ориентированным направлением слоя монокристаллического полупроводника на исходном монокристалле-подложке (рис. 1.7.).



1 – p-n-переход; 2 – p-область; 3 – слой высокоомного полупроводника; 4 – подложка.

Рисунок 1.8 - Эпитаксиальный переход, образованный по планарно-эпитаксиальному методу.
Для проведения эпитаксии необходимо создавать условия для конденсации атомов осаждаемого вещества на поверхности подложки. Конденсация происходит перенасыщением пара или жидкого раствора, а также при испарении осаждаемого вещества в вакууме в специальных реакторах. При наращивании плёнки с проводимостью противоположной подложке, образуется p-n-переход.

При изготовлении интегральных схем широко используют планарно-эпитаксиальный метод. Особенность такого технологического процесса заключается в том, что путём наращивания на подложку 4 из низкоомного кремния наносят тонкий слой 3 высокоомного полупроводника, повторяющего структуру подложки. Этот слой, называемый эпитаксиальным, покрывают плотной защитной пленкой SiO2 толщиной 1 мкм (рис. 1.8.). В плёнке протравливают «окно», через которое путем диффузии бора или алюминия создается p-n-переход, выход которого на поверхность оказывается сразу же надежно защищенным пленкой окисла.

Следует отметить, что в последние годы широкое распространение получили такие методы формирования p-n-переходов, как ионное легирование и молекулярно-лучевая эпитаксия.

1.4 Энергетическая диаграмма p-n-перехода в равновесном состоянии



Для анализа физических процессов, протекающих в полупроводниковых приборах удобно использовать метод энергетических диаграмм. Энергетическая диаграмма p-n-перехода в состоянии термодинамического равновесия представлена на рис. 1.9.



Рисунок 1.9 - Энергетическая диаграмма p-n перехода.
На оси ординат отложена энергия электрона Е. Энергия дырок на диаграмме возрастает в направлении - Е. Так как частицы стремятся занять состояние с минимальной энергией, электроны на диаграмме имеют тенденцию «утонуть», а дырки «всплыть». При отсутствии вырождения, общий для всей системы уровень Ферми расположен внутри запрещенной зоны, ширина которой не зависит от координаты. Уровень электростатической энергии F, показан на рис. 1.9. пунктиром, соответствует положению уровня Ферми в собственном полупроводнике и расположен вблизи середины запрещенной зоны. Энергетические уровни изображены горизонтальными прямыми. Это выражает тот факт, что энергия электрона, находящегося на данном уровне, например, на дне зоны проводимости, во всех точках полупроводника одинакова. После установления равновесия, образуется р-n-переход с потенциальным барьером для основных носителей равным 0= qVk. Электроны, переходящие из n- в р-область, преодолевая этот барьер, увеличивают свою потенциальную энергию на 0 = qVk Поэтому все энергетические уровни полупроводника, искривляясь в область p-n-перехода, поднимаются вверх на Ек, как показано на рис. 1.9. При этом уровни Ферми F0 и F устанавливаются на данной высоте, как в случае двух металлов.

В электрических нейтральных областях эмиттера (х-lр0) и базы (х>ln0) поле равно нулю, и уровни Ес (энергия, соответствующая дну зоны проводимости), Еv (энергия, соответствующая потолку валентной зоны), Fi (электрическая энергия); располагаются горизонтально. В области p-n-перехода (-lp0<хln0) электрическое поле направлено справа налево (вдоль градиента Fi)

Равновесная концентрация носителей заряда в отсутствии вырождения определяется взаимным расположением уровней F и Fi.

nо = ni ехр [(F - Fi) / kT ] (1.4.1)

pо = ni ехр [(Fi - F ) / kT ] (1.4.2)

В эмиттере p-типа (хp0) фермиевская энергия меньше электрической энергии:Fi, pр0 nр0

В базе n-типа: F  Fi, nn0  pn0

В плоскости физического перехода Х-Хф выполняется условие:

Fi(Xф) =F

Ввиду искривления запрещенной зоны в области перехода между эмиттером и базой существует энергетический барьер, высота которого равна разности электростатических энергий в n- и p-областях (рис.1.9.).

Ек=Fip-Fin

Соответственно потенциалы эмиттера и базы отличаются на величину

?к=(Fip - Fin)/e (1.4.3)

где к - контактная разность потенциалов.

Энергетический барьер препятствует диффузионным потокам электронов из базы в эмиттер и дырок – из эмиттера в базу. Величина барьера автоматически становится такой, чтобы точно скомпенсировать диффузные потоки.

1.5 Токи через p-n-переход в равновесном состоянии



Рассмотрим зонную диаграмму p-n-перехода. Градиенты концентрации подвижных носителей заряда, а также градиент электрического потенциала в p-n-переходе вызывает появления диффузионных и дрейфовых токов через переход. Механизм протекания токов представлен на рис. 1.9., где дырки изображены кружками со знаком «+», а электроны – со знаком «-».

Потенциальный барьер создает различные условия для перехода носителей в смежные области.

Например, электрон из слоя n может переходить в слой p только в том случае, если он обладает достаточной энергией для преодоления ступени высотой Ек, т.е. если он сможет преодолеть силы электрического поля, выталкивающего его из перехода обратно в n-слой. Переход же электронов из p-слоя в n-слой совершается беспрепятственно, более того, электрическое поле, действующее в переходе, помогает им (электроны как бы «скатываются» из p-слоя). В состоянии равновесия эти потоки носителей взаимно уравновешивают друг друга.

Аналогичная ситуация складывается в валентной зоне. Дырки, чтобы перейти из слоя p в слой n должны «опустится» на глубину Ек. Поскольку движение дырок вызвано противоположным перемещением электронов, это означает, что дырки также должны обладать соответствующей энергией, чтобы преодолеть барьер высотой Ек при переходе из p-слоя в n-слой. То есть дырки, переходящие из p- в n-слой, должны обладать энергией большей, чем энергия действующего в переходе электрического поля. Обратное же движение дырок (из n-слоя в p-слой) совершается беспрепятственно.

Таким образом, в равновесном состоянии в переходе протекает целый ряд составляющих тока.

Концентрация электронов в зоне проводимости n-области уменьшается по мере увеличения энергии от уровня Ес. Под действием хаотического теплового движения электроны могут попадать из n-области в p-n-переход. Наименее энергичные электроны (с энергией близкой к Ес) отражаются потенциальным барьером и возвращаются в n-область (процесс 1, рис. 1.9.). Более энергичные электроны дальше проникают в область перехода, однако если их кинетическая энергия меньше высоты барьера Ек, они также возвращаются в n-область, не вызывая тока через переход (процесс 2) и, наконец, энергичные электроны с кинетической энергией большей Ек, могут преодолевать барьер (процесс 3). Такие носители вызывают протекание через переход диффузионного электронного тока с плотностью jngup0 (рис. 1.9.) направленного вдоль оси Х (по направлению электронного тока противоположно направлению потока электронов).

Диффузионный ток полностью компенсируется встречным потоком электронов из p-области. В p-области электроны являются неосновными носителями и содержатся в небольшом количестве. Если под действием теплового движения электроны попадают из p-области в переход, они подхватываются электрическим полем перехода и переходят в n-область (процесс 4), вызывая протекание через переход дрейфового тока электронов jngp0, направленного против оси Х (вдоль поля). В состоянии термодинамического равновесия диффузионный и дрейфовые токи электронов в точности компенсируют друг друга:

Jngup0+jngp0=0

Аналогичным образом компенсируются диффузная и дрейфовая составляющая дырочного тока (процесс 1-4).

Кроме рассмотренных механизмов протекания тока, существуют токи, связанные с процессами термогенерации и рекомбинации электронно-дырочных пар в области перехода. Дырки и электроны, проникающие в переход со стороны p- и n-областей соответственно, имеют конечную вероятность рекомбинировать в переходе (процесс 5-5’), с этим процессом связан ток, протекающий в направлении оси Х. С другой стороны, при термогенерации электронно-дырочных пар в переходе, образовавшиеся носители заряда подхватываются электрическим полем, причем электроны переносятся в n-область, а дырки в p-область (процесс 6-6’). Возникающий при этом ток термогенерации направлен против оси X (вдоль поля) и в точности компенсирует ток рекомбинации:

jz0+jg0 = 0

Суммарная плотность тока через переход в состоянии равновесия равна нулю:

j0 = jpgup0 + jpgp0 + jngup0 + jngp0 + jz0 + jg0 = 0

Следует отметить, что каждый из рассмотренных токов имеет малую величину. Дрейфовые токи малы ввиду того, что переносятся неосновными носителями в p- и n-областях, концентрация которых очень низка.

Диффузионные токи также малы ввиду того, что переносятся только наиболее энергичными носителями с кинетической энергией, большей высоты Ек, число которых также невелико. Токи рекомбинации малы ввиду малых размеров p-n-перехода (число генерированных пар мало) и мало временя пребывания носителей в переходе.

1.6 Методика расчета параметров p-n-перехода



Основными параметрами p-n-перехода являются контактная разность потенциалов - к, ширина перехода l0 = ln0 + lp0 и максимальная напряженность электрического поля Еmax. Необходимо также знать протяженность перехода n- и p-области по отдельности (ln0, lp0) и распределение напряженности электрического поля в переходе Е(x).

Контактная разность потенциалов может быть определена с помощью соотношений (1.4.1), (1.4.2), (1.4.3). Учитывая, что концентрация носителей заряда на грани перехода (в плоскостях X = - lp0, X = ln0) соответствует равновесным значениям (рис. 1.2.) получим:

(1.6.1.а)

(1.6.1.б)

перемножая равенства (1.6.1), с учетом (1.4.3), (1.2.1), (1.2.2), получим:



(1.6.2.а)



(1.6.2.б)
Равенство (1.6.2.а) свидетельствует о том, что контактная разность потенциалов определяется отношением концентраций однотипных носителей по разные стороны перехода, что является прямым следствием статистики Максвела-Больцмана в невырожденном полупроводнике.



Для практических целей удобно пользоваться соотношением (1.6.2.б), позволяющим вычислить контактную разность потенциалов непосредственно через концентрации легирующих примесей.

Из рис. 1.9. видно, что при отсутствии вырождения (когда уровень Ферми лежит в запрещённой зоне) высота потенциального барьера не может превышать ширины запрещенной зоны Е.

При этом

Из рис. 1.9. видно, что контактная разность потенциалов увеличивается с увеличением легирования эмиттера и базы. Переходы, изготовленные на основе полупроводника с большой шириной запрещенной зоны (и, следовательно, меньшей собственной концентрации носителей заряда ni), имеют большую контактную разность потенциалов.

Основным допущением при анализе перехода является пренебрежение концентрациями подвижных носителей заряда по сравнению с концентрациями примесей (1.2.3). При этом распределение плотности объемного заряда описывается соотношениями:



Электрическое поле может быть найдено из уравнения Пуассона:

(1.6.3)

При этом контактная разность потенциалов равна:



Поскольку функция P(x) меняет знак в точке X=0, а на границах перехода в поле равно нулю – напряженность электрического поля составляет:

(1.6.4)

Условие (1.6.4) соответствует электрической нейтральности p-n-перехода в целом:

(1.6.5)

Уравнения (1.6.2.б), (1.6.3), (1.6.5) могут быть решены относительно неизвестных lp0, и ln0, после чего из (1.6.4) определяется максимальное поле p-n-перехода.

1.7 Расчет параметров ступенчатого p-n-перехода



Наиболее просто определяется параметры ступенчатого p-n-перехода, так как в этом случае функция N(x) имеет вид:

(1.7.1)

а значение граничных условий концентрации примеси и известны:





Контактная разность потенциалов определяется из уравнений (1.6.2.б)

;

;

;

Подставляя (1.7.1), (1.6.3), (1.6.5), с учетом очевидного соотношения , получим:

(1.7.2)





Максимальная напряженность электрического поля определяется из (1.6.4).



Из (1.7.2) следует, что при условии Nэ>>NБ практически весь переход сосредоточен в области базы (1р0<<1n0 = 10).

Поскольку величина к слабо логарифмически зависит от концентрации примеси в эмиттере, при Nэ>>NБ параметры перехода определяются практически только свойством базы:

(1.7.3)


ЧАСТЬ II. РАСЧЕТ ПРОТЯЖЕННОСТИ P-N-ПЕРЕХОДА В Р-ОБЛАСТЬ
Функция N(x) имеет вид: ;

,

а значение граничных условий концентрации примеси и известны:

; .

Контактная разность потенциалов:

, где ;

.

Ширина р-n перехода: ;

.

Протяженность p-n-перехода в p-область: ;



часть iii. Фотолитография (реферат)



Получение рельефа требуемой конфигурации в диэлектрических полупроводниковых и металлических пленках на поверхности полупроводниковых или диэлектрических подложек – неотъемлемый процесс технологии интегральных микросхем. Этот процесс получил название литографии. Литография основана на использовании особых высокомолекулярных соединений – резистов, обладающих способностью изменять свои свойства под действием различного рода излучений; ультрафиолетового (УФ) – фотолитография; рентгеновского – рентгенолитография; потока электронов – электронолитография; потока ионов – ионная литография.

Суть процесса фотолитографии состоит в следующем. Чувствительные к свету фоторезисты наносятся на поверхность подложки и подвергаются воздействию излучения (экспонированию). Использование специальной стеклянной маски с прозрачными и непрозрачными полями (фотошаблона) приводит к локальному воздействию излучения на фоторезист и, следовательно, к локальному изменению его свойств. При последующем воздействии определенных химикатов происходит удаление с подложки отдельных участков пленки фоторезиста, освещенных или неосвещенных в зависимости от типа фоторезиста (проявление). Таким образом, из пленки фоторезиста создается защитная маска с рисунком, повторяющим рисунок фотошаблона. Ниже подробно рассматриваются основные технологические операции, составляющие процесс фотолитографии.

Технологический процесс фотолитографии проводится в следующей последовательности: 1) обработка подложки; 2) нанесение фоторезиста; 3) сушка фоторезиста; 4) совмещение и экспонирование; 5) проявление защитного рельефа; 6) сушка фоторезиста (задубливание); 7) травление подложки; 8) удаление фоторезиста.

Фоторезисты. Фоторезисты представляют собой сложные полимерные композиции, в составе которых имеются фоточувствительные и пленкообразующие компоненты, растворители и специальные добавки. Последние вводят для улучшения условий пленкообразования (разбавители), изменения фоточувствительности (сенсибилизаторы), повышения адгезии фоторезистивного слоя к подложкам, улучшения стойкости к воздействиям кислот, щелочей, высоких температур и др. Растворители определяют стабильность свойств готовых фоторезистов, влияют на процесс нанесения и последующее высыхание фотослоя.

Световая энергия, поглощаемая молекулами или атомами вещества, увеличивает запас их внутренней энергии. Если энергия фотона больше определенного значения, то молекула в результате поглощения кванта света может перейти из нормального состояния в возбужденное. Подобное состояние неустойчиво, поэтому она скоро теряет избыточную энергию, возвращаясь к норме. Пути перехода молекулы из одного состояния в другое различны и описываются фотохимическими закономерностями, зависящими от интенсивности света и его распределения на объекте. Атом резиста, возбужденный квантом света, претерпевает химическое изменение. В этом случае говорят о фотохимическом воздействии света.

Для стандартной фотолитографии применяют фоторезисты, чувствительные к ультрафиолетовому (УФ) излучению с длиной волны от 310 до 450 нм. Фотохимические процессы, происходящие в фоторезистах под действием УФ-излучения, можно разделить на две стадии. На световой стадии в результате поглощения кванта излучения наиболее слабая химическая связь фоточувствительной молекулы разрывается и образуется свободный радикал. На темновой стадии протекают реакции, приводящие к деструкции (разрушению) молекулярных цепей полимера либо, наоборот, к структурированию (сшиванию) молекул в прочную сетку. В результате этого стойкость облученных участков к воздействию проявителя уменьшается или возрастает.

Существует 4 типа фотохимических реакций, протекающих в фоторезистах при поглощении световой энергии:

1. Фотораспад (фотолиз) — возбуждение молекулы с последующей ее диссоциацией на активные частицы:

AB ? (h?) ? AB' ? A+B.

2. Фотоприсоединение — присоединение к возбужденной молекуле другой молекулы того или иного типа:

А+В ? (h?) ? А+В' ? АВ.

3. Фотоперегруппировка — перегруппировка атомов в структуре молекулы1:

AB+C ? (h?) ? AB'+C ? A+BC.

4. Фотосенсибилизация— перенос энергии возбуждения от одного компонента системы другому:

AB+C ? (hv) ? AB+C' ? AB'+C.

В зависимости от механизма фотохимических процессов, протекающих под действием излучения, растворимость экспонированных участков фоторезиста может либо возрастать, либо падать. В первом случае фоторезисты называют позитивными, во втором – негативными. Пленка позитивного фоторезиста, под действием излучения становится неустойчивой и растворяется при проявлении (рис.1, а), пленка негативного фоторезиста, наоборот, под действием излучения становится нерастворимой, в то время как неосвещенные участки при проявлении растворяются (рис.1, б). В наименовании марки ФП обозначает фоторезист позитивный, ФН – фоторезист негативный.



Позитивные фоторезисты изготавливают на основе фоточувствительных онафтохинондиазидов и фенолформальдегидных смол, являющихся пленкообразующими полимерами. Молекула позитивного фоторезиста, сокращенно НХД, имеет строение R1–О–R2, где Ri и R2 – светочувствительная и полимерная части, О – соединяющий их атом кислорода. При поглощении квантов облучения молекула НХД распадается на азот и неустойчивый радикал, который превращается в инденкарбен; инденкарбен присоединяет всегда имеющуюся в фоторезисте влагу, образуя инденкарбоновую кислоту:



Облученные участки фотослоя, в отличие от необлученных, становятся гидрофильными, хорошо смачиваются и удаляются щелочными проявителями.

Негативные фоторезисты изготавливают на основе поливинилциннамата или на основе каучуков. Поливинилциннамат (ПВЦ) представляет собой сложный эфир циннамоильной кислоты и поливинилового спирта и имеет общую формулу Ri–О–R2, где R1 – фоточувствительная циннамоильная группа; R2 – пленкообразующая часть поливинилового спирта; О – соединяющий их атом кислорода. Строение поливинилциннамата показано на Рис. 3.5. При поглощении квантов излучения наиболее слабые в светочувствительных частях молекул химические связи CH = CH разрываются. За счет освободившихся связей происходит фотоструктурирование, т. е. поперечное сшивание молекул ПВЦ в трехмерную сетку.

Негативные фоторезисты на основе каучука наиболее часто представляют собой механическую смесь циклокаучука и бисазида.



Циклокаучук является полимерной основой и обладает слабой фоточувствительностью. Под действием облучения азиды распадаются на азот и нитрен. Нитрен, находящийся в возбужденном состоянии, вступает в химическое взаимодействие с каучуком, в результате происходит сшивание линейных полимеров каучука образующимися свободными радикалами.

Свойства фоторезистов характеризуются рядом параметров: чувствительностью к излучению; разрешающей способность фоторезиста; кислотостойкостью

Фотошаблоны являются основными инструментами фотолитографии, с их помощью производится локальное облучение фотослоя в соответствии с топологией микросхемы.

Фотошаблон для изготовления структур микросхем плоскопараллельная пластина (или гибкая пленка) из прозрачного для УФ-излучения материала с нанесенным на ее рабочую поверхность непрозрачным пленочным рисунком, соответствующим топологии одного из слоев структуры микросхемы и многократно повторенным со строго определенным шагом в пределах рабочей области пластины (или пленки).

Для основы фотошаблонов применяют оптическое боросиликатное стекло или полимерные пленки, которые хорошо обрабатываются и не изменяют свойств под действием излучения. Для выполнения рисунка применяют галоидно-серебряную фотографическую эмульсию (эмульсионные фотошаблоны), металлы (металлизированные фотошаблоны) и полупрозрачные для видимого света оксиды или другие материалы (транспарентные, цветные фотошаблоны).

Подготовка подложек к нанесению фоторезиста в каждом конкретном, случае индивидуальна и определяется материалом подложки, технологией его получения, состоянием поверхности и дальнейшим назначением фотомаски. Под подложкой в литографических процессах подразумевают тот материал, на котором формируют резистивный слой. В производстве, например, полупроводниковых ИМ фотолитографию проводят по монокристаллическому и поликристаллическому кремнию, пленкам диоксида кремния, примесносиликатных стекол, алюминия и т. п. Оптимально подготовленной к фотолитографии поверхностью является поверхность, которая хорошо смачивается фоторезистом и плохо смачивается водой

Нанесение слоя фоторезиста можно выполнять центрифугированием, распылением, окунанием. Сравнительно недавно начали применять сухие пленочные фоторезисты, которые наносят накаткой.

Метод центрифугирования применяется для круглых подложек, т. е. пластин кремния и других полупроводников. Подложка помещается на вращающийся диск, на ее центральную часть наносится фоторезист. Равномерность нанесения фоторезиста в этом случае обеспечивается центробежными силами при быстром вращении центрифуги. Частота вращения составляет сотни и тысячи оборотов в минуту (в зависимости от требуемых толщины и вязкости слоя резиста). Достоинства метода: высокая воспроизводимость толщины фотослоя в пределах каждой пластины и партии пластин, возможность получения тонких слоев (0,1 ...0,2 мкм).

Недостатки метода: невозможность получения равномерных слоев толщиной более 2 ... 3 мкм, наличие краевого утолщения, загрязнения слоев из-за захвата пылинок из воздуха при вращении центрифуги, необходимость тщательного контроля и корректировки вязкости фоторезистов из-за испарения растворителей. В пленках, высыхающих при действии центробежных сил, возникают внутренние напряжения. Процесс плохо поддается автоматизации.

Нанесение фоторезиста распылением производится форсункой, в которой для диспергирования струи раствора фоторезиста при выходе из сопла используется сжатый воздух. Для получения равномерных слоев распыление выполняют движущейся форсункой на движущиеся подложки. Параметры слоя зависят от давления и температуры воздуха, расстояния от сопла форсунки до подложки, скоростей движения форсунки и подложки и от параметров фоторезиста. Для улучшения адгезии фотослоя подложки можно нагревать. Распылением можно наносить слой на рельефные поверхности, получать слои толщиной от 0,3 до 20 мкм с точностью 5%. Краевое утолщение слоя отсутствует. Вследствие отсутствия механических напряжений дефектность слоев в 3... 4 раза меньше по сравнению с полученными центрифугированием. Расход фоторезиста существенно меньше. Процесс отличается высокой производительностью и возможностью автоматизации. Основная проблема при нанесении слоев распылением – затягивание пыли и других загрязнений струей диспергированного фоторезиста. Распыление применяют для нанесения резиста на прямоугольные диэлектрические подложки.

Метод окунания имеет две разновидности. Первый способ – простое погружение подложки в фоторезист и извлечение из него с регулируемой скоростью 6... 150 мм/мин. При медленном извлечении получаются более тонкие и однородные слои. Такое окунание применяется для двустороннего нанесения слоев и для получения толстых слоев, когда требования к равномерности толщины не слишком высокие. Для устранения клиновидности слоя подложку поворачивают на 180° и выполняют повторное окунание. Простое окунание применяют также для нанесения резиста на гибкую подложку в виде непрерывной ленты. С помощью роликов лента с постоянной скоростью при перемотке с рулона пропускается через ванну с резистом и поступает из нее в камеру сушки. Это – так называемая рулонная технология.

Во втором способе метод окунания заключается в погружении подложки в воду или органический растворитель через тонкий слой наносимого резиста и в обратном ее извлечении. Благодаря полярности молекулы резиста ориентируются к поверхности и подложку обволакивает монослой при погружении и монослой при извлечении. Повторяя погружения несколько раз, можно получать слой резиста толщиной 150... 300 В. Основное преимущество процесса – получение очень тонких, равномерных, бездефектных слоев с высокой воспроизводимостью параметров, что обеспечивает в дальнейшем формирование элементов субмикронных размеров.

Накатка применяется для нанесения сухих пленочных резистов, представляющих собой трехслойную ленту. Слой резиста заключен между несущей и более тонкой защитной полимерными пленками. Перед накаткой резиста вращающимся валиком на подогретую подложку защитную пленку удаляют. Толщина сухого резиста около 1 ... 2 мкм, поэтому метод применяют для случая получения топологических рисунков с большими размерами элементов, до десятков микрометров.

Термообработка (первая сушка) выполняется после нанесения слоя жидкого фоторезиста. В процессе сушки удаляется растворитель, и в пленке фоторезиста происходит сложный релаксационный процесс плотной упаковки молекул, уменьшающий внутренние напряжения и увеличивающий адгезию фотослоя к подложке. Растворитель при сушке необходимо удалять полностью, так как он экранирует фоточувствительные части молекул при экспонировании. Удаление растворителя можно разбить на два этапа: диффузия изнутри слоя к границе слой – атмосфера и испарение с поверхности. Если испарение преобладает над диффузией, поверхностный слой фоторезиста уплотняется раньше внутреннего слоя и препятствует удалению растворителя изнутри. При этом возникают внутренние напряжения, ослабляющие слой и приводящие к его разрывам. Для более равномерного высыхания фоторезисты приготавливают на смесях растворителей с различными скоростями испарения. Сушку рекомендуют проводить в инертной атмосфере, так как на воздухе возможно окисление молекул фоторезиста.

Основными параметрами процесса сушки являются температура и время. При низких температурах адгезия фотослоя к подложке плохая, преобладает сцепление между собственными молекулами полимера (когезия). Этим объясняется отслаивание фотослоя при проявлении, кроме этого, возможно неполное удаление растворителя. При больших температурах в фоторезистах идет термополимеризация (при 140... 2000C) и другие процессы. Так, в слое позитивного фоторезиста при температурах, больших критических, протекают те же необратимые явления, что и при экспонировании. Качество проведения сушки влияет на все остальные операции фотолитографии. Сушка завершает процесс формирования фотослоя. Формирование фотомаски – технологический этап, на котором в фотослое создается топологический рисунок.

В соответствии с принципами локальности и послойности технологических обработок в процессе изготовления структур микросхем литография проводится несколько раз. Начиная со второй литографии, необходимо совмещать рисунок шаблона с рисунком на подложке, полученном при формировании предыдущего технологического слоя с применением предшествующего литографического процесса.

Совмещение выполняют визуально на той же установке, что и последующее экспонирование, путем наложения при наблюдении под микроскопом рисунков шаблона и подложки. Точность совмещения зависит: от точности совмещения фотошаблонов в комплекте, точности воспроизведения топологического рисунка предыдущим фотолитографическим процессом и точности самой операции совмещения.

Экспонирование контактным способом (соответственно и весь процесс литографии называют контактной фотолитографией) выполняется после совмещения рисунков и устранения зазора до полного контакта шаблон – подложка. Нужное усилие контакта создается вакуумным или пневматическим прижимом. В качестве источников УФ-излучения применяют ртутно-кварцевые лампы. Для согласования спектров поглощения фоторезиста и излучения источника применяют светофильтры. Параллельность пучка излучения, необходимая для равномерной освещенности экспонируемой поверхности фотослоя, обеспечивается системой конденсоров, имеющих 1 ... 5 кварцевых линз.

При тщательной стабилизации освещенности и плотном контакте фотошаблон – подложка на практике процесс экспонирования контролируют временем облучения. Необходимое время экспонирования обеспечивается электромагнитным затвором, время открывания и закрывания шторки которого составляет 0,05...0,1 с, что в интервале времен экспонирования (1 с... 2 мин) обеспечивает хорошую точность.

Подбор оптимального времени экспонирования осуществляется экспериментально с помощью подложек-спутников при разработке нового техпроцесса, использовании нового комплекта фотошаблонов или новой партии фоторезиста, смене источника излучения, изменении толщины фотослоя. Правильно выбрать время экспонирования можно только при учете взаимосвязи режимов экспонирования и проявления. Это объясняется тем, что при одинаковой экспозиции H = Et, но при различных соотношениях освещенности E и времени t фотохимические процессы протекают по-разному, и скорость проявления различна.

Существенным ограничением контактной фотолитографии является неизбежность механических повреждений рабочих поверхностей фотошаблона и подложки, так как эти поверхности при совмещении находятся на близком расстоянии (10...15 мкм), а при экспонировании плотно прижаты друг к другу. Из-за механического износа пленочного рисунка необходима частая замена фотошаблонов, которая требует остановок оборудования и делает нецелесообразным автоматизацию процесса экспонирования.

При контактировании фотошаблон вдавливает в фотослой пылинки, микрочастицы стекла и др. На фотошаблон налипает фоторезист. Кроме того, любые непрозрачные для УФ-излучения частицы, попавшие между фотошаблоном и фотослоем, также являются причиной появления дефектов фотомаски.

Получение полного плотного контакта между фотошаблоном и подложкой представляет собой практически неразрешимую задачу из-за изогнутости пластин (особенно эпитаксиальных структур), неидеальности плоскости контактируемых поверхностей, наличия между ними посторонних частиц, из-за неравномерности толщин различных пленок и фотослоя и др. Частичные воздушные зазоры приводят к усилению дифракционных эффектов и обусловливают дополнительное расширение размеров получаемого изображения.

Предельная точность совмещения при контактной фотолитографии ограничена сложностью создания системы фиксации перехода от положения «зазор» к положению «контакт», поэтому при переходе от совмещения к экспонированию возможно смещение фотошаблона относительно подложки. Ошибки могут появиться также из-за того, что оператор совмещает рисунки фотошаблона и подложки, находящиеся в разных плоскостях.

Также существуют и другие способы экспонирования: экспонирование с микрозазором (отличается от контактного тем, что после совмещения между подложкой и шаблоном имеется зазор 10...25 мкм, при котором и осуществляют облучение фотослоя); проекционное экспонирование (отличается от теневых способов тем, что основано не на экранировании от равномерного потока света, а на проецировании, т. е. получении изображения, соответствующего топологии шаблона, на поверхности фотослоя с помощью оптической системы со специальным объективом)

Проявление – процесс удаления лишних в фотослое участков в соответствии с локальным облучением при экспонировании.

Проявление негативных фоторезистов представляет собой простое растворение необлученных участков в органических растворителях: толуоле, трихлорэтилене, диоксане и др. Проявитель должен обладать хорошей растворяющей способностью и минимальным воздействием на облученные участки фотослоя. При заниженной экспозиции облученные участки сильно набухают, что приводит к искажению рисунка и, следовательно, к уменьшению разрешающей способности фотолитографического процесса. Если экспонирование выполнено при оптимальной экспозиции, перепроявление негативного фоторезиста неопасно, поэтому процессы проявления легко автоматизировать.

Проявление позитивных фоторезистов сопровождается химической реакцией превращения полученной при экспонировании инденкарбоновой кислоты в хорошо растворимую соль, которая затем легко вымывается. В качестве проявителей применяют слабые водные и водно-глицериновые щелочные растворы KOH, NaOH, Na3PO4-12H2O.

Особенностью проявления позитивных фоторезистов является практическое отсутствие набухания необлученных участков слоя, поэтому они имеют большую разрешающую способность и меньшую ее зависимость от толщины фотослоя по сравнению с негативными фоторезистами. Однако позитивные фоторезисты чувствительны к перепроявлению. Подбор оптимального времени проявления производится для заданных значений рН и температуры проявителя.

Незначительные изменения концентрации проявителя сильно влияют на точность передачи изображения. Время проявления стремятся свести к минимуму, так как возможно разрушение незасвеченных участков.

Проявление осуществляют погружением в раствор, выдержкой в парах проявителя или распылением на вращающуюся подложку. После проявления следует операция тщательной промывки подложек в протоке деионизованной воды.

Термообработка (вторая сушка) проводится для удаления проявителя, воды, повышения химической стойкости и адгезии фотомаски к подложке. У негативных фоторезистов сушка сопровождается термополимеризацией, у позитивных – разрушением молекул и частичной сшивкой полимерных составляющих. Чтобы не произошло ухудшения качества фотомаски, сушку проводят в два – три этапа с постепенным подъемом температуры до максимальной. Для большинства фоторезистов максимальная температура второй сушки 1500C, общее время 1 ... 1,5 ч. Облучение перед второй сушкой большой дозой ГУФ (глубокий ультрафиолет) устраняет пластическое течение резиста при термообработке и существенно улучшает качество фотомаски. На этом завершается создание защитного рельефа фоторезиста.

Создание рельефа в диэлектрических и металлических пленках осуществляется локальным травлением свободных от фоторезиста участков. Выбор травителей определяется материалом обрабатываемых пленок. Травитель должен взаимодействовать только с удаляемым материалом, так как возможно нежелательное удаление ранее сформированных областей структур ИМ, а при воздействии на фотослой не обеспечивается контролируемость размеров формируемых элементов.

Удаление фотомаски имеет целью также тщательную очистку от всех загрязнений подложки в процессе фотолитографии. Различают различные способы удаления фотомаски. Например, жидкостное удаление; плазмохимическое удаление.

Технологические маршруты удаления фотомаски разрабатываются для каждого конкретного случая, в зависимости от марки фоторезиста, материала подложки и др.


ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Т.о. в ходе проведения курсового исследования было установлено, что наиболее широко распространены следующие типы p-n-переходов: точечные, сплавные, диффузионные и эпитаксиальные, рассмотрены особенности технологических процессов изготовления этих переходов. Опираясь на исходные данные была рассчитана ширина p-n-перехода: l0=31210-6 м и протяженность p-n-перехода в p-область lp0=3.37·10-8 м. В третьей части курсового проекта кратко изложен процесс фотолитографии.

Приложение


Обозначения основных величин, принятые в работе
Ec - энергия соответствующая дну запрещённой зоны

EF - фермиевская энергия

Ek - энергетическая ступень, образующаяся в p–n-переходе

Emax - максимальная напряжённость электрического поля

Ev - энергия соответствующая потолку валентной зоны

Fi - электрическая энергия

Fip (Fin) - электростатическая энергия в p (n)-области

j - плотность тока

jg0 - плотность тока термогенерации носителей заряда

jngp0 (jpgp0) - плотность дрейфового тока, текущего через p-n-переход из n-области (p-области) в p-область (n-область)

jngup0 (jpgup0) - плотность диффузионного тока, текущего через p-n-переход из n-области (p-области) в p-область (n-область)

jz0 - плотность тока рекомбинации носителей заряда

l0 - ширина р-n перехода.

ln0 (lp0) - ширина n (p) -области p-n-перехода

Ls - дебаевская длина

N - результирующая концентрация примеси

n (p) - концентрация электронов (дырок) в полупроводнике

n0 (p0) - равновесная концентрация электронов (дырок) в полупроводнике

Na (Nd) - концентрация акцепторной (донорной) примеси.

ni - собственная концентрация носителей заряда

nn (np ) - концентрация электронов в n (р) области

nno (npo) - равновесная концентрация электронов в n (р) области

NЭ (NБ) - абсолютная величина результирующей примеси в эмиттере (базе)

P(x) - распределение плотности объёмного заряда

pp (pn) - концентрация дырок в р (n) области

ppo (pno) - равновесная концентрация дырок в р (n) области

pЭ (pБ) - плотность объёмного заряда

q, e - заряд электрона

T - температура окружающей среды

Vk - энергия контактного поля

? - напряженность электрического поля

? - относительная диэлектрическая проницаемость полупроводника

?0 - диэлектрическая постоянная воздуха

?n (?p) - подвижность электронов (дырок)

?? - время диэлектрической релаксации

? - электрический потенциал

?k - контактная разность потенциалов

?T - температурный потенциал

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ


  1. Анималу А. Квантовая теория кристаллических твердых тел. –М.: Мир, 1981;

  2. Блейкмор Дж. Физика твердого тела. –М.: Мир, 1988;

  3. Гранитов Г.И. Физика полупроводников и полупроводниковые приборы. –М.: Сов. радио, 1977;

  4. Епифанов Г.И. Физика твердого тела. М.: 1977.

  5. Савельев И.В. Курс общей физики. В 3 т. –М.: Наука, 1979. Т.3;

  6. Фистуль В.И, Введение в физику полупроводников. –М.: Высшая школа, 1984;

  7. Березин А.С. Березин, Мочалкина О.Р. Технология и конструирование интегральных микросхем. – М. : «Радио и связь», 1992.

  8. Малышева И.А. Технология производства интегральных микросхем. – М. : «Радио и связь», 1991.

1 Антизапирающим называют приконтактный слой, обогащённый свободными носителями заряда.

2 Отношение изменения концентрации носителей заряда к расстоянию на котором это изменение происходит называется градиентом концентрации: grad n = ?n/?x = dn/dx

3 Диффузионным током называют ток, вызванный тепловым движением электронов.

4 Ток, созданный зарядами, движущимися в полупроводнике из-за наличия электрического поля и градиента потенциала, называется дрейфовым током.

5 Отсутствие вырождения характеризует существенная концентрация носителей заряда собственной электропроводности.



Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации