29. Технологические типы биполярных транзисторов Диффузионный метод.

Легирующие примеси вводятся в полупроводник из газообразной или жидкой среды путём диффузии, т. е. направленного переноса частиц примеси, вызванного тепловым движением и градиентом концентрации. Глубокие проникновения примеси в полупроводник зависят от времени процесса диффузии. Время необходимое для создания легированного слоя достаточной толщины – десятки минут. Это позволяет контролировать диффузионный процесс и точно управлять им. Поэтому возможно получить тонкие базовые слои (менее 1 мкм), а так же многослойные структуры с переходами. Этот метод впервые появился в 1956 г. В настоящее время наиболее распространены планарный и планарно-эпитаксиальный методы.

П ланарно-эпитаксиальный метод.

Отшлифованную пластинку монокристаллического легированного кремния, имеющую распределение концентрации примесей, имеющую распределение концентрации n⁺-n после химической очистки и промывки, помещают в атмосферу влетного кислорода, где при высокой температуре она покрывается плёнкой двуокиси кремния SiO₂, которая защищает поверхность полупроводника от воздействия внешней среды и проникновения примесей. Затем в плёнке окисла методом (ортометографии) вытравливают окна, и пластинку помещают в атмосферу паров борной кислоты. Бор диффундирует в кремний в каждом окне на глубину в несколько микрометров создавая слой p-типа. Затем вновь помещают в атмосферу влетного кислорода. Далее вновь создаются окна меньшего размера. И в атмосфере пятиокиси фосфора создаётся эмиттерная область с проводимостью n⁺ типа и эмиттерный переход, который так же покрывается снаружи защитной плёнкой окисла. Затем вскрываются окна для алюминиевых электродов базы и эмиттера и наносятся эти электроды. После резки пластины на отдельные элементы, содержащие по одной транзисторной структуре, каждый элемент устанавливают в отдельный стандартный корпус. Планарные транзисторы имеют переменную концентрацию примесей в базе, уменьшающуюся в сторону коллектора, что снижает сопротивление базы и емкость коллектора. Градиент концентрации примесей имеется и в эмиттере, что уменьшает его ёмкость и распределённое сопротивление эмиттера, а так же повышает пробивное напряжение эмиттерного перехода. В планарных транзисторах применяют двухслойный коллектор n⁺-n типа. Двухслойный коллектор выполняется с целью снижения сопротивления тела коллектора при небольшой ёмкости и для получения высокого пробивного напряжения.

Сильно легированная n⁺ область уменьшает сопротивление, а тонкий высокоомный слой n уменьшает ёмкость коллекторного перехода и увеличивает пробивное напряжение.

Создание высокоомного слоя осуществляется наращиванием на поверхности низкоомной подложки тонкой пленки, имеющей монокристаллическую структуру. Такие пленки называют эпитоксиальными. Наращивание пленки осуществляется путем осаждения атомов полупроводника из газовой фазы на чистую однородную подложку. Для этого используют реакцию термического разложения SiCl4 (четыреххлористого кремния) в атмосфере водорода (Н2) при температуре 1100⁰ С.

SiCl₄ + 2H₂ ↔ 4HCl + Si↓

Эпитоксиальная технология позволяет существенно улучшить параметры транзисторов. Защита всех переходов пленкой окисла обеспечивает почти полное отсутствие токов утечки и влияние внешней среды при изготовлении транзисторов. Обратный ток коллекторного перехода поэтому определяется только током экстракции и термогенерацией носителей заряда в объеме полупроводника (единицы, десятки нА ).