| 8406202 9216 1210 912 1иложенного к переходу (ток в одном направлении может в 10s раз и более превышать ток в др. направлении), и способность к ин-жекции дырок в га-область (или электронов в р-область) при включении напряжения в направлении пропускания тока через р-n-переход. Свойства, близкие к свойствам р-n-перехода, имеет барьер Шотки, обладающий вентильными свойствами (односторонней проводимостью), но не обладающий способностью к ин-жекции. И р-n-переход, и барьер Шотки обладают электрич. ёмкостью, изменяющейся по нелинейному закону с изменением напряжения. При превышении внешним обратным напряжением определённой величины в них развиваются явления пробоя. Сочетание двух р-п-переходов, расположенных близко в одном кристалле полупроводника, даёт транзисторный эффект: эффект управления током запертого перехода с помощью тока отпертого перехода. Три р-n-перехода в одном кристалле, разделяющие четыре области попеременно электронной и дырочной проводимости, образуют тиристор. Решающее значение для П. э. имеет транзисторный эффект: именно на его основе работают ПП приборы основного типа - транзисторы, к-рые определили коренные изменения в радиоэлектронной аппаратуре и ЭВМ и обеспечили широкое применение систем автоматического управления в технике.
К физ. явлениям, к-рые в нач. 70-х гг. 20 в. стали использовать в П. э., относится и акустоэлектрический эффект в диэлектрич. и ПП материалах. На основе этого эффекта оказалось возможным создавать усилители электрич. колебаний, активные электрич. фильтры, линии задержки с усилением сигнала, что привело к появлению нового направления П. э.-акустоэлектроники.
Одна из наиболее общих черт развития П. э.- тенденция к интеграции самых различных физ. эффектов в одном кристалле. П. э. начинает смыкаться с электроникой диэлектрич. материалов (см. Диэлектрическая электроника), магнитных материалов и т. д., превращаясь постепенно в электронику твёрдого тела в самом широком смысле этого слова.
ПП технология. Гл. технологич. задачи П. э. - получение полупроводниковых материалов (в основном монокристаллических) с требуемыми свойствами, реализация сложных ПП структур (прежде всего р-га-переходов)и разработка методов изготовления полупроводниковых приборов, в к-рых ПП слои сочетаются с диэлектрическими и металлическими. Образование р -- п-переходов сводится к введению в полупроводник необходимого количества нужных примесей в строго определённых областях. В наст, время (1975) распространены 3 способа получения р-п-переходов: сплавление, диффузия и ионное внедрение (имплантация).
При сплавлении на поверхность пластины из полупроводника, обладающего одним типом проводимости (напр., на n-Ge, богатый донорами), помещают кусочек металла, проникновение атомов к-рого в полупроводник способно придавать ему проводимость др. типа (напр., кусочек In, атомы к-рого служат в Ge акцепторами), и нагревают пластину. Т. к. темп-pa плавления In значительно ниже темп-ры плавления Ge, то In расплавляется, когда Ge ещё остаётся в твёрдом, кристаллич. состоянии. Ge растворяется в капельке расплавленного In до насыщения. При последующем охлаждении растворённый Ge начинает выделяться из расплава и кристаллизоваться вновь, восстанавливая растворившуюся часть кристалла. В процессе кристаллизации атомы Ge захватывают с собой атомы In. Образовавшийся слой Ge оказывается обогащённым In и приобретает проводимость дырочного типа. Т. о., на границе этого слоя и нерастворившейся части кристалла Ge образуется р - га-переход.
При диффузии, напр., из газовой фазы пластина полупроводника, обладающего, скажем, электронной проводимостью, помещается в пары вещества, придающего полупроводнику дырочный характер проводимости и находящегося при темп-ре на 10-30% ниже температуры плавления полупроводника. Атомы вещества-диффузанта, совершая хаотическое тепловое движение, бомбардируют открытую поверхность полупроводника и проникают в глубь его объёма. Макс. концентрация их создаётся в приповерх-ностном слое. Этот слой приобретает дырочную проводимость. По мере удаления от поверхности концентрация акцепторов падает и в нек-ром сечении становится равной концентрации доноров. Это сечение будет соответствовать положению р-га-перехода. В слоях, расположенных более глубоко, преобладают доноры, и полупроводник остаётся электронным. Распространены также и др. методы диффузии: диффузия из тонких слоев диффузанта, нанесённых непосредственно на поверхность полупроводника, из стекловидных слоев, содержащих диффузант, в потоке инертного газа, смешанного с парами диффузанта, и т. д. В качестве диффузанта могут использоваться не только чистые доноры или акцепторы, но и их соединения. Метод диффузии - осн. метод получения р - n-переходов.
Ионное внедрение является одним из способов получения р-п-переходов, дополняющим и частично заменяющим диффузию (рис. 1).
Исключительно важную роль в развитии П. э. сыграло появление и быстрое распространение планарной технологии. Большое значение планарной технологии определяется тем, что она обеспечила: широкий переход к групповому методу изготовления ПП приборов (одновременно на одной ПП пластине изготовляется неск. тысяч приборов); существ. повышение точности и воспроизводимости конфигурации элементов приборов и связанное с этим повышение воспроизводимости электрич. параметров; резкое уменьшение размеров элементов и зазоров между ними - до микронных и субмикронных - и создание на этой основе СВЧ усилительных и генераторных транзисторов (рис. 2); реализацию т. н. полевых приборов, в т. ч. полевых транзисторов; возможность создания на одном ПП кристалле законченного электронного устройства - ПП интегральной схемы, включающей в себя необходимое число отд. ПП приборов (диодов, транзисторов и др.), резисторов, конденсаторов и соединений между ними. Главное достоинство планарной технологии в том, что именно она сделала возможным интенсивное развитие интегральной микроэлектроники, привела к исчезновению грани между изготовлением деталей и элементов электронной техники и изготовлением радиоэлектронной аппаратуры. Последовательные процессы изготовления ПП материалов, затем - ПП приборов и, наконец, устройств, ранее значительно разнесённые во времени и разобщённые в пространстве, оказались совмещёнными в одном технологическом цикле.
Рис. 1. Универсальная ионнолучевая установка "Везувий-1" (СССР) с энергией ионов до 200 кэв, позволяющая осуществлять ионное легирование полупроводниковых материалов практически любыми примесями: 1 - пульт управления; 2 - источник и ускоритель ионов; 3 -магнитный сепаратор ионов; 4 - камера легирования.
Рис. 2. Структура мощного СВЧ кремниевого транзистора, позволяющего получить мощность 5 вт на частоте 2 Ггц (фотография; увеличено в 60 раз). Транзистор содержит 234 эмиттера с размерами 1,5X30 мкм и 18 стабилизирующих резисторов; 18 алюминиевых проволочек соединяют кристалл прибора с выводами.
Особенности ПП производства. Большая сложность изделий П. э., их весьма высокая чувствительность к микроско-пич. дозам загрязнений и невозможность исправления брака выдвигают исключительно высокие требования к качеству материалов, точности работы оборудования и условиям производства. Во мн. случаях речь идёт определьно достижимых (на совр. уровне техники) требованиях, существенно превосходящих требования, выдвигаемые др. отраслями техники.
Материалы П. э. должны иметь строго заданные состав и структуру, нередко - обладать исключительно высокими чистотой и совершенством структуры. Так, напр., Ge высокой чистоты характеризуется содержанием неконтролируемых примесей <10-10.
О требованиях к точности работы оборудования можно получить представление на примере оптико-меха-нич. установок. Для создания на поверхности пластины диаметром 30-80 мм сотен тыс. элементов различной формы и размеров применяют шаблоны, при помощи которых последовательно проводят неск. диффузионных процессов, наносят металлические плёнки и т. д. При изготовлении фотошаблонов и совмещении очередного шаблона с рисунком, ранее нанесённым на ПП пластину, точность работы оптико-механич. оборудования должна составлять десятые доли мкм. Поэтому оптич. часть оборудования, разработанного специально для нужд П. э., характеризуется сверхвысокой разрешающей способностью, достигающей более 1000 линий на мм (уприменяемых фотоматериалов она ещё выше - 1500 линий на мм), и не имеет аналогов в др. областях техники. Уменьшение размеров элемента до 1 мкм и переход к субмикронным размерам создают значит. трудности, обусловленные гл. обр. явлением дифракции. Их преодоление - в переходе от световых лучей к электронным, к-рые могут быть сфокусированы до десятых и сотых долей мкм. В этом случае минимальный размер элемента будет определяться диаметром электронного луча. Механич. обработка ПП пластин должна осуществляться по 14-му классу чистоты обработки поверхности, с отклонениями от плоскости (плоскостностью), не превышающими 1 мкм. Особые требования выдвигаются также и по отношению к термич. оборудованию: точность установки и поддержания темп-ры на уровне 1000-1300 °С должна быть не хуже ±0,5 °С.
Рис. 3. Участок цеха, в котором производится чистая сборка пол |
