Физика полупроводниковых приборов Книга 1 - Зи С.
Скачать (прямая ссылка):
Electronic Transport, J. Appl. Phys. 52, 279 (1981),
Часть II Биполярные приборы
Глава 2
ПЛОСКОСТНЫЕ ДИОДЫ
2.1. ВВЕДЕНИЕ
Плоскостные р-"-переходы играют важную роль в современной электронике как
самостоятельные изделия (диоды) и для понимания работы других
полупроводниковых приборов. Теория плоскостных р-п-переходов лежит в
основе объяснения работы полупроводниковых приборов. Основы теории вольт-
амперных характеристик плоскостных р-я-переходов были заложены Шокли [1 ]
и развиты Са, Нойсом и Шокли [2], а также Моллом [3].
В начале главы кратко описаны основы технологии полупроводниковых
приборов, используемой не толькоу для получедия р-п-переходов, но и для
изготовления большинства других полупроводниковых приборов. Затем с
помощью уравнений, рассмотренных в гл. 1, получены статические и
динамические характеристики идеальных р-п-переходов. Далее обсуждаются
отклонения характеристик реального прибора от характеристик идеального
прибора, обусловленные генерацией и рекомбинацией носителей в обедненном
слое р-п-перехода, высоким уровнем инжек-ции носителей и наличием
последовательно включенного с ним сопротивления. Подробно рассмотрен
пробой р-п-перехода, и особое внимание уделено пробою, вызванному
лавинным размножением носителей. Один раздел посвящен переходным
процессам и шумам в р-п-переходе. Плоскостной р-п-переход является
двухполюсником, В зависимости от профиля легирующей примеси, геометрии
прибора и режима работы прибор может выполнять различные схемные функции
(разд. 2.7). В конце главы рассмотрены такие приборы, как гетеропереходы,
- переходы, сформированные между различными полупроводниками (например,
между Ge п-типа и GaAs р-типа), играющие большую роль в полупроводниковой
электронике.
2.2. ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ
В этой главе речь преимущественно пойдет о кремниевой технологии [4],
поскольку ее развитие намного опережает технологию на других
полупроводниковых материалах. Несколько важ-
70
Г лава 2
Л1
Si п-типа
Расплав At
л
/71 ~~t
щ ,
o'-р
Омическии контакт
Л
а
Диффузия
Si п-типа
гр
vnmiiinnrnnui
п
б
Диффузия
р ШПШШПУ / П \
И
SlOo
п
п+
Ионная
Отжиг и
Рис. 1. Методы изготовления полупроводниковых приборов.
а - сплавной переход; б - диффузионный мезопереход; в - диффузионный
планарный переход на эпитаксиальной подложке; г - ионно-имплантированиый
переход.
нейших методов изготовления полупроводниковых приборов схематически
показано на рис. 1. При методе сплавления [5) (рис. 1, а) небольшую
таблетку алюминия помещают на поверхность кремниевой пластины с
проводимостью я-типа, имеющей ориентацию (111). Затем пластину с
таблеткой нагревают до температуры, немного превышающей температуру
эвтектики (~580 °С для системы А1-Si). При расплавлении таблетки
образуется небольшая капля смеси А1-Si, которая с последующим понижением
температуры начинает затвердевать. В результате образуется рекристал-
лнзованная область, насыщенная акцепторной примесью и имеющая ту же
кристаллографическую ориентацию, что и исходная пластина. Таким образом,
в подложке проводимостью n-типа сформй-
Плоскостные диоды
рована сильнолегированная область р-типа (р+). Алюминиевый выступ на
поверхности пластины можно использовать как контакт к области /7-типа.
Чтобы получить омический контакт к пластине я-типа, н$ ее нижнюю
поверхность напыляют сплав Au-Sb, содержащий ~-0,1 % Sb, и вплавляют его
при температуре 400 °С для формирования сильнолегированного слоя п-типа
(п+). При использовании пластины /7-типа роли алюминия и сплава Au-Sb
меняются. Первый служит для создания омического контакта р+-р.типа, а
второй - для получения п+-/7-перехода. При сплавном методе нельзя
контролировать положение р-п-перехода, поскольку оно сильно зависит от
температуры и длительности дикла сплавления.
Диффузионный метод (или метод диффузии в твердой фазе), разработанный в
1956 г., позволяет более точно управлять распределением примеси [6].
Рисунок 1, б иллюстрирует диффузионный метод получения р-п-перехода с
мезоструктурой. В подложку n-типа проводят диффузию примеси /7-типа,
например бора из соединения ВВг3. После диффузии определенные участки
поверхности защищают от действия травителей, например, слоем воска или
металлическим покрытием. Незащищенные участки поверхности подложки
удаляют с помощью травления. ? результате образуются мезоструктуры.
Более точный контроль геометрических размеров диффузионного перехода был
достигнут за счет использования изолирующей пленки, которая препятствует
диффузии большинства донорных н акцепторных примесей в глубь подложки
[7]. Рисунок 1, в иллюстрирует типичный пример такого процесса. На
поверхности кремниевой подложки при высокой температуре выращивают тонкий
слой двуокиси кремния толщиной ~ 1 мкм. Литографическими методами
(например, фотолитографией, рентгенолитогра-фией, электронной
литографией) удаляют определенные участки окисла, образуя в нем окна или
более сложные рисунки. Примеси диффундируют в открытые участки
