Характеристика полупроводниковых пластин

Полупроводниковая пластина, являясь частью конструкции микросхемы, выполняет функции механического основания и теплоотвода.

К полупроводниковым пластинам предъявляются следующие требования:

а) стойкость к химическому воздействию окружающей среды:

б) монокристаллическая структура:

в) однородность распределения легирующих примесей в объеме монокристалла;

г) устойчивость к химическим реагентам:

д) механическая прочность;

е) термостойкость:

ж) устойчивость к старению и долговечность.

Основные свойства некоторых полупроводниковых материалов приведены в

табл. 1.

Таблица 1. Основные характеристики изучаемых материалов

Материал	Температура плавления (°С)	Ширина запрещен-­ ной зоны при 3ООК (эВ)	Подвижность носителей зарядов при ЗООК (см2/Вс)
			электронов	дырок
Кремний ( Si )	1412	1,11	1450	480
Германий ( Ge )	958	0,66	3900	1900
Арсенид галлия ( GaAs )	1237	1,43	8800	400
Фосфид галлия ( GaP )	1500	2,25	300	150

Пластины из кремнияшироко применяются для создания полу­проводниковых ИМС и дискретных кремниевых диодов и транзисто­ров. Кремний имеет отличные диэлектрические и технологические свойства, стабильный окисел, его природные запасы велики. Верхний диапазон температур кремния достигает 120150°С, а нижний пре­дел — минус 70°С. В производстве микросхем используется в виде пластин толщиной 200400 мкм и диаметром до 200 мм, шерохова­тость поверхности рабочей стороны соответствует 14 классу.

Пластины из германияприменяются для создания дискретных германиевых диодов и транзисторов для гибридных ИМС и микро­сборок. Подвижность носителей заряда ( электронов и дырок ) в гер­мании значительно выше, чем в кремнии. Поэтому германиевые тран­зисторы по сравнению с кремниевыми при прочих равных условиях будут более высокочастотными.

Из-за сравнительно малой ширины запрещенной зоны ( 0,66 эВ при Т = 27°С ) предельная рабочая температура составляет лишь 70-80°С, а устойчивая работа германиевых приборов возможна только при температурах на 20% меньших верхнего предела ( из-за высокого температурного коэффициента ширины запрещенной зоны ).

Главные недостатки германия - неприменимость планарной тех­нологии из-за низкой температуры плавления, а вследствие этого и низкой скорости диффузии. Собственного стабильного окисла не имеет, поэтому не пригоден для массового производства ИМС.

Пластины из арсенида галлия GaAs.Арсенид галлия относится к группе соединений А^IIIB^Vон имеет высокую подвижность носителей заряда, сравнительно большую ширину запрещенной зоны, что обус­ловливает его применение для создания быстродействующих, устой­чивых к температурным воздействиям полупроводниковых и полу­проводниковых совмещенных ИМС. Его недостатками являются: низ­кая растворимость легирующих примесей, отсутствие собственных ок­сидов со стабильными свойствами и образование вредных и токсич­ных для окружающей среды отходов при обработке.

Пластины из фосфида галлия GaP.Принадлежат к перспек­тивным полупроводниковым материалам типа А¹¹^^ Они имеют са­мую большую ширину запрещенной зоны и низкую подвижность но­сителей зарядов, что позволяет создавать приборы с рабочей темпера­туройp-nперехода до 500°С. Наиболее широко фосфид галлия при­меняют для создания полупроводниковых светоизлучающих приборов видимого диапазона (свегодиодов). Основными недостатками фос­фида галлия являются: отсутствие собственных окислов со стабиль­ными свойствами и образование токсичных соединений при хими­ческой обработке.