- •Курс Твердотельной электроники
- •1. Физические основы твердотельной электроники
- •1.1. Диффузионный и дрейфовый ток в полупроводниках
- •1.2. Зависимость подвижности от концентрации примесей,
- •1.3. Фундаментальная система уравнений
- •1.4. Обеднение, обогащение и инверсия
- •1.5. Потенциальный барьер
- •1.6. Область пространственного заряда p-n перехода
- •1.7. Зависимость концентраций неосновных неравновесных носителей зарядов на границах от напряжения на переходе
- •1.8. Рекомбинация неравновесных носителей заряда
- •1.9. Условия на контактах и поверхностная рекомбинация
- •1.10. Распределение неосновных носителей заряда вблизи p-n-перехода
- •2. Элементы и процессы твердотельной электроники
- •2.1. Распределение носителей и коэффициент передачи тока в транзисторной структуре
- •2.2. Физическая структура биполярного транзистора
- •2.3. Биполярные транзисторы интегральных схем
- •2.4. Кремниевые транзисторы свч диапазона
- •2.5. Энергетическая диаграмма контакта металл-полупроводник
- •2.6. Токи в контакте металл-полупроводник
- •2.7. Гетеропереходы
- •2.8. Туннелирование в p-n-переходе
- •2.9. Лавинное умножение
- •2.10. Структура металл-диэлектрик-полупроводник
- •2.11. Пороговое напряжение мдп транзистора
- •2.12. Вольт-амперная характеристика мдп транзистора
- •2.13. Конструктивные разновидности мдп транзисторов
- •2.13.1. Мощные моп транзисторы
- •2.13.2. Элементы сбис
- •2.14. Элементы зу на мдп транзисторах
- •2.14.1. Мноп транзистор
- •2.14.2. Транзисторы с плавающим затвором
- •2.15. Приборы с зарядовой связью
- •2.15.1. Передача заряда между затворами
- •2.15.2. Накопление заряда в моп структурах
- •2.15.3. Связь между зарядом и поверхностным потенциалом
- •2.15.4. Перенос заряда под затвором
- •3. Основные технологические процессы микроэлектроники
- •3.1. Диффузия
- •3.2. Окисление
- •3.3. Ионное легирование
- •3.3.1. Распределение Гаусса
- •3.3.2. Другие распределения
- •3.3.3. Боковое уширение распределения ионов
- •3.4. Эпитаксия
- •4. Курсовое проектирование
- •4.2. Резкий p-n-переход
- •4.3. Диффузионные переходы
- •4.4. Токи диффузионных переходов
- •4.5. Биполярный транзистор интегральных схем
- •4.6. Малосигнальные параметры биполярных транзисторов
- •4.7. Полевой транзистор с управляющим p-n-переходом
- •4.8. Полевой транзистор с изолированным затвором
3.3.2. Другие распределения
Рассмотрим распределение Пирсона. Многие экспериментальные исследования показывают, что простое гауссовское распределение неадекватно для большинства примесных ионов в кремнии и других полупроводниках. Считалось, что это несоответствие может быть обусловлено эффектом каналирования вследствие кристаллической структуры обычных полупроводников. Однако было обнаружено, что профили многих ионов асимметричны также и в аморфных мишенях и, следовательно, для построения распределений пробегов необходимо использовать моменты более высоких порядков.
Рис.
41. Сравнение
распределений Гаусса (1) и Пирсона (2)
для бора с энергией 100 кэВ в кремнии.
3.3.3. Боковое уширение распределения ионов
Боковым отклонением имплантируемых ионов обычно пренебрегают, поскольку оно значительно меньше их пробегов. Однако для СБИС с микронными размерами элементов боковое отклонение становится все более и более важным. Как и разброс пробегов, оно является результатом рассеяния ионов, и поэтому оба эти эффекта одинаковы по порядку величины.
Одномерный профиль примеси может быть преобразован в двумерный профиль для структуры с идеальной маской окисла, изображенной на рис. 42.
Рис.
42. Распространение
ионно-легированного слоя под окисную
маску
3.4. Эпитаксия
Эпитаксией называют ориентированный рост слоев, кристаллическая решетка которых повторяет структуру подложки. В микроэлектронике на явлении эпитаксии основаны технологические процессы эпитаксиального наращивания различных полупроводниковых структур.
Эпитаксия - процесс наращивания монокристаллических слоев на монокристаллических подложках. Происходит ориентированный рост слоев, кристаллическая решетка которых повторяет структуру подложки. Монокристаллическая подложка в процессе роста эпитаксиального слоя выполняет ориентирующую роль затравки, на которой происходит кристаллизация.
Механизм ориентированного роста монокристаллических слоев зависит от технологического метода. Используют три основных технологических метода: газофазные реакции, вакуумное осаждение (или молекулярно-лучевая эпитаксия) и кристаллизацию из жидкой фазы.
Газофазная эпитаксия кремния на кремнии при температурах несколько ниже 1000С представляет собой важную составную часть технологических маршрутов многих типов СБИС. Эпитаксия появилась впервые в технологии биполярных интегральных транзисторов еще в начале 70-х годов и получила дальнейшее развитие в современных технологиях КМОП СБИС в виде локальной эпитаксии n-слоев дляp-канальных транзисторов и в технологии динамических запоминающих устройств.
В газовой среде происходит осаждение кремния при восстановлении тетрахлорида кремния или применяется термическое разложение моносилана. Скорость выращивания определяется температурой и парциальными давлениями компонентов и достигает долей микрона в минуту при= 900С. Сравнительно низкая температура и небольшое время эпитаксиального наращивания почти исключает перераспределение примесей из-за диффузии и позволяет получать очень резкие p-n-переходы с однородно легированными прилегающими участками с разными типами проводимости и резко изменяющимися концентрациями.
Эпитаксиальное выращивание представляет собой один из видов синтеза монокристаллов и поэтому имеет много общего с ростом кристаллов из раствора или расплава. Доминирующим фактором, влияющим на эпитаксиальный рост, является поверхностная подвижность осаждения атомов. Рост кристалла из газовой фазы происходит быстрее, чем из разбавленного раствора, но медленнее, чем из чистого расплава. Скорость роста, то есть линейный прирост толщины пленки, составляет доли микрона в минуту. Выращивание монокристалла состоит из трех основных этапов:
переноса паров к поверхности подложки (затравки);
кристаллизации и роста новых слоев на поверхности подложки;
рассеяния освобождающейся скрытой теплоты кристаллизации и теплоты реакции.