химический каталог




Технология производства полупроводниковых приборов и интегральных микросхем

Автор А.И.Курносов, В.В.Юдин

етический предел

Площадь одного транзистора, мкм2 Плотность ' размещения элементов, см-2 Время переключения, пс Произведение быстродействия' на мощность, Дж 1000 10· 200 10-13 1 2,5· 107 1 ю-17

Глава 2

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ § 2.1. Требования к полупроводниковым материалам

К полупроводниковым материалам, применяемым для изготовления различных классов полупроводниковых приборов и интегральных микросхем, предъявляются высокие требования. Пригодность того или другого полупроводникового материала определяется в первую очередь его параметрами и свойствами. Требования к оптическим, термическим, термоэлектрическим и электрическим свойствам полупроводниковых материалов диктуются эксплуатационными параметрами готовых приборов и ИМС. Особые требования предъявляют к таким свойствам полупроводниковых материалов, как тип электропроводности, концентрация, подвижность, удельное сопротивление, время жизни, диффузионная длина носителей заряда.

Рассмотрим основные требования, которые предъявляются к большинству полупроводниковых материалов.

Монокристалличность структуры. Для изготовления большинства приборов требуются полупроводниковые материалы в виде пластин, вырезанных из монокристаллических слитков. Монокристаллические слитки в виде стержней круглого сечения получают методом направленной кристаллизации расплавов. В последнее время широкое применение находят монокристаллические эпитаксиальные пленки (однослойные н многослойные).

Однородность распределения легирующих примесей. Легирующие примеси в полупроводниковых материалах должны быть распределены равномерно по всему объему монокристаллического слитка. Это требование обеспечивает одинаковые параметры всей партии пластин, изготовленных из одного слитка полупроводникового материала. Кроме того, данное требование дает возможность обеспечить серийный массовый выпуск полупроводниковых приборов и интегральных микросхем с малым разбросом электрических параметров.

Стойкость к атмосферному воздействию. Большинство полупроводниковых материалов удовлетворяет этому требованию. Такие материалы, как германий, кремний, карбид кремния и др., обладают высокой стойкостью к воздействию окружающей среды. Однако известны полупроводниковые соединения, которые не стойки во влажной атмосфере. К таким материалам относятся некоторые соединения типа ?????, например антимонид, арсенид и фосфид алюминия, гидролизующиеся во влажной атмосфере. Это обстоятельство, несмотря на ряд очень хороших для некоторых классов полупроводниковых приборов свойств, является серьезным препятствием для широкого применения этих соединений.

Температуростойкость. Требования по температуростойкости диктуются максимальными рабочими температурами, при которых применяются полупроводниковые приборы и интегральные микро-

12

схемы. Верхний предел рабочих температур полупроводниковых материалов зависит от их ширины запрещенной зоны. Так, для германия он равен 80—Ю0°С, для кремния 180—200°С. Арсенид галлия способен выдерживать температуру до 350°С, фосфид галлия— до 500—600°С, а карбид кремния — до 700—800°С.

Полупроводниковые приборы эксплуатируются и при низких температурах. Поэтому энергия ионизации легирующих примесей полупроводникового материала должна быть значительной при температурах до —60°С.

Верхний предел рабочей частоты полупроводниковых диодов, транзисторов и интегральных микросхем определяется значениями подвижности электронов и дырок, а также диэлектрической проницаемостью материалов, из которых они выполнены. Для данного типа электропроводности полупроводникового материала подвижность имеет максимальное значение в некомпенсированном материале. Поэтому полупроводниковый материал, применяемый для изготовления полупроводниковых приборов и ИМС, должен обладать донорными или акцепторными свойствами. Для большинства полупроводниковых приборов и ИМС, за исключением импульсных, необходим материал с достаточно большим временем жизни неосновных носителей заряда. Для изготовления импульсных полупроводниковых приборов используется материал с малым временем жизни неосновных носителей зарядов.

Для изготовления приборов, в которых используется эффект Холла, лучше всего подходят полупроводниковые материалы с высокой подвижностью и малой концентрацией носителей заряда, обеспечивающие большое холловское напряжение.

Для изготовления магнитоэлектрических приборов применяют арсенид индия и теллурид ртути.

Для изготовления термоэлектрических приборов требуются полупроводниковые материалы, обеспечивающие максимальный коэффициент эффективности, т. е. обладающие высокой электропроводностью и низкой теплопроводностью. Такие свойства имеют антимонид цинка, теллурид и селенид висмута и их твердые растворы.

При выборе материалов для изготовления фотоприборов руководствуются в первую очередь спектральной чувствительностью полупроводникового материала и особенно значением края поглощения. Для уменьшения инерционности фотоприборов обычно используют материалы с малым временем жизни неосновных носителей заряда. Для изготовления фотопреобразователей (солнечных батарей) особое значение имеет ширина запрещенной зоны, определяющая эффективность работы этой группы приборов.

Полупроводниковые материалы, применяемые для производства лазеров, должны быть чистыми и обладать совершенной структурой. Посторонние примеси и дефекты приводят к появлению внутри запрещенной зоны промежуточных энергетических уровней. Материал для полупроводниковых лазеров должен иметь высокое значение подвижности при данной концентрации носителей заряда.

13

В качестве материала для светодиодов используются полупроводники, обладающие способностью к излучательной рекомбинации: арсенид и фосфид индия и галлия, карбид кремния, сульфид цинка и др. Основной параметр светодиодов — длина волны излучения — зависит от свойств исходного полупроводникового материала и, в частности, от ширины запрещенной зоны. Для полупроводниковых материалов, дающих излучение в видимой области спектра, цвет излучения зависит от типа вводимой примеси и от положения их энергетических уровней. Так, зеленое излучение фосфида галлия может быть изменено на красное с помощью легирования исходного полупроводникового материала кислородом.

Следует отметить, что количество типов полупроводниковых приборов и интегральных микросхем очень велико. Каждый из этих приборов в зависимости от принципов своей работы и требований электрических параметров нуждается в полупроводниковом материале с определенными свойствами.

§ 2.2. Классификация полупроводниковых материалов

Полупроводниковые материалы по химическому составу можно разделить на две группы: простые и сложные.

К простым полупроводниковым материалам относятся германий и кремний. Практическое применение для изготовления интегральных схем нашел только кремний.

В группу сложных полупроводниковых материалов входят химические соединения, обладающие полупроводниковыми свойствами и включающие в себя два, три элемента или более. В качестве примера таких соединений можно привести GaAs, Bi2Te3, ZnSiP2 и др. Полупроводниковые материалы этой группы, состоящие из двух элементов, называют бинарными соединениями. Такие соединения, как это принято в неорганической химии, имеют наименования того компонента, у которого металлические свойства выражены слабее. Так, бинарные соединения,, содержащие мышьяк, называют арсенидами, серу — сульфидами, теллур — теллуридами, углерод — карбидами.

Различные группы сложных полупроводниковых материалов объединяют по признаку номера группы Периодической системы элементов Д. И. Менделеева, к которым принадлежат компоненты соединения. Группы полупроводниковых соединений обозначают буквами латинского алфавита: А—-первый компонент соединения, В — второй, С — третий и т. д. Буквы, в свою очередь, имеют цифровые индексы. Римские цифры, проставляемые над буквами, обозначают группу элемента в таблице Менделеева. Арабские цифры, проставляемые под буквами, обозначают стехиометричеекий коэффициент. Например, бинарное соединение фосфид индия InP имеет обозначение ?????, теллурид висмута Bi2Te3—Aj B3vi соединение типа ZnSiPa —AHB^-Cj и т. д.

14

Твердые растворы полупроводниковых материалов обозначают символами входящих в них элементов и нижними индексами, которые определяют их атомную долю в твердом растворе. Например, твердый раствор германий-кремний обозначают в общем виде Sii^Ge*, а между соединениями InAs и InP — формулой InAsi-xPa;, где х—атомная доля компонента твердого раствора:

0§ 2.3. Общая характеристика кристаллических тел

Все кристаллы можно разделить по степени совершенства решетки на идеальные и реальные, а по составу — на стехиометрические и нестехиометрические.

Идеальные — это такие кристаллы, каждый атом которых находится в положении, характеризуемом минимумом потенциальной энергии, т. е. он расположен упорядоченно как по отношению к ближайшему соседнему атому, так и по отношению к атомам всего объема кристалла.

Стехиометричностью кристаллов принято называть пропорциональность весового состава атомным весам в его химической формуле. Если весовой состав кристаллического вещества пропорционален его химической формуле, то кристалл имеет стехиометрический состав. Таким образом, идеальные кристаллы являются сте-хиометрическими по составу.

В отличие от идеальных кристаллов в реальных или дефектных кристаллах имеются нарушения кристаллической решетки или химические примеси. Здесь не все атомы решетки упорядоченно расположены по отношению к ближайшим и дальним соседям. Реальные кристаллы по своему составу могут быть стехиометрическими и нестехиометрическими. В реальных кристаллах могут быть такие несовершенства кристаллической решетки, как структурные дефекты, примесные атомы, дислокации.

Большинство полупроводниковых материалов представляют собой кристаллические твердые вещества с упорядоченной периодической структурой. При описании различных структур используют следующие термины.

Элементарная ячейка-—представляет собой наименьший объем кристаллического веще

страница 3
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87

Скачать книгу "Технология производства полупроводниковых приборов и интегральных микросхем" (3.82Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [прайс-листы]  [форум]  [обратная связь]

 

 

Реклама
Кликни и закажи компьютерную технику со скидкой, промокод "Галактика" - купить жесткий диск дешево - в кредит не выходя из дома в 240 городах России.
плитка для ванной купить оптом
Фирма Ренессанс: размеры лестницы на второй этаж- быстро, качественно, недорого!
wesco fabrics официальный сайт

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(25.02.2017)