2. Сплавной метод

Сплавление полупроводника с металлами или их сплавами – это технологический процесс, который состоит в том, что в пластину полупроводника вплавляют металл или сплав металла, содержащий примеси, необходимые для образования зоны с электропроводностью требуемого типа. Затем систему нагревают до температуры, при которой примесь расплавится и начнется частичное растворение материала полупроводника в примесном материале. После охлаждения в полупроводнике образуется область с электропроводностью требуемого типа.

Например, при изготовлении сплавного германиевого p-nперехода с эмиттеромp-типа пластину монокристалла германияn-типа и таблетку индия (рис. 2а) помещают в вакуумную или водородную печь и нагревают до температуры +450 …550°С, при которой таблетка с прилегающим к ней слоем пластины расплавляется, образуя сплав германий-индий. После необходимой для сплавления выдержки нагрев прекращают. При охлаждении германий начинает переходить в твердую фазу, наращиваясь на кристаллическую решетку твердой части монокристалла. В этом тонком рекристаллизованном слое остается большое число атомов индия (10¹⁸…10¹⁹см-³) и весь рекристаллизованный слой германия приобретает электропроводностьp-типа. На границе рекристаллизованный слой – исходная пластина образуется резкийp-nпереход. Рекристаллизованный слой имеет очень малое удельное сопротивле­ние и является эмиттером по отношению к более высокоомной исходной пластине – базе. Остальная часть застывшей капли состоит из индия, который образует сp-областью омический контакт. К индию припаивают вывод – обычно никелевую проволочку. Другой вывод припаивают к нанесенному на нижнюю грань исходной пластины слою олова, образующему омический контакт с германиемn-типа (рис. 2б).

Кремниевые сплавные переходы изготовляют при более высоких температурах (680…700°С), Распространен способ вплавления алюминия в пластину кремния n-типа. При высокой температуре и достаточной выдержке поверхность кремния смачивается алюминием, и они взаимно растворяются (образуется сплав кремния и алюминия – силумин). В процессе охлаждения создается рекристаллизованный слой кремния с резко выраженной дырочной проводимостью. Между этим слоем и основным кристаллом кремнияn-типа образуетсяp-nпереход. В нижнюю грань пластины вплавляют фольгу из сплава золота с сурьмой, образующую слой рекристаллизованного кремния с повышенной электронной электропроводностью (n⁺-слой). К алюминию и слою кремнияn⁺-типа подсоединяют выводы. Полученный переход подвергают химическому травлению для очищения поверхности и удаления с нее закорачивающих участков, промывке и сушке. Затем наносят на него защитное покрытие.

Рис. 2. Изготовление сплавного и диффузионного переходов

Сплавные p-n-переходы относятся к числу резких (ступенчатых). Они имеют высокую надежность, работоспособность при больших обратных напряжениях, малое собственное сопротивлениеp-n-областей, что при прямом смещенииp-nперехода обеспечивает малое падение напряжения на них. Этот технологический процесс широко применяют при массовом изготовлении сплавных диодов и транзисторов.