|
| |
|
Главная Промышленность Перемещение индуктора  Рис. 17.19. Зонное выравнивание монокристалла обогащении расплава легирующей примесью состав растущего монокристалла незначительно изменяется по длине и его можно выровнять снижением скорости вытягивания. Коэффициент распределения снижается при уменьшении скорости вытягивания (см. рис. 17.16). Используя это, можно начать процесс выращивания монокристалла из расплава при скорости t;,. Для компенсации увеличения концентрации легирующей примеси в расплаве вследствие убьши атомов полупроводника скорость вытягивания t;, со временем несколько снижают. Это приводит к снижению К и обеспечивает постоянство легирующей присадки в растущем монокристалле. Метод зонного выравнивания (рис. 17.19) применяют также для получения легированных монокристаллов с однородной проводимостью по длине. Очищенный монокристалл вместе с затравкой помещают в вакуумную камеру. После оплавления затравки индуктор перемещают вправо с постоянной скоростью. В расплавленную зону вводят легирующую примесь. Из формулы (17.3) следует, что постоянство концентрации примеси в прутке будет достигнуто при малом К, если легирующая примесь введена в него в большом количестве и убыль ее в ходе процесса ничтожно мала. При большом значении К (см. рис. 17.19) расплав быстро обедняется, что вызывает уменьшение примеси в монокристалле. Степень легирования, так же как и степень очистки, контролируют изменением электрического сопротивления. Специальными методами определяют тип проводимости, время жизни или диффузионную длину L. Измеренные параметры указывают в марках легированных полупроводников. Некоторые марки чистого и легированного германия и кремния приведены в табл. 17.7. Первая цифра в марке указывает значение электрического сопротивления, а вторая-диффузионную длину L. Для получения /7-и-переходов используют диффузионный или сплавно-диф- ТАБЛИЦА 17.7. Свойства чистого и легированного германия и кремния
фузионный методы и ионное легирование в тлеющем разряде. При диффузионном методе легирующая примесь попадает в пластинку полупроводника в результате диффузии из газовой фазы, в состав которой входит легирующая примесь. Так, для диффузии донорной примеси-фосфора в дырочный германий используют соединение, которое при нагреве испаряется, переносится потоком аргона в зону диффузии с более высокой температурой и там диссоциирует с образованием активного атомарного фосфора. На поверхности пластины фосфор взаимодействует с атомами полупроводника и диффундирует в германий, образуя с ним твердый раствор замещения. Возможность диффузии атомов легирующей примеси обусловлена наличием в полупроводнике точечных дефектов (вакансий). Этот метод дает хорощую воспроизводимость основных характеристик, что позволяет его использовать в серийном производстве. Кроме этого, он дает возможность вводить примеси совместно, используя различные коэффициенты диффузии вводимых веществ. При диффузии донорной примеси в пластинке германия с р-проводимостью на некотором расстоянии от поверхности возникает р-п-переход (рис. 17.20). Меняя температуру процесса и время выдержки, можно получать />-п-переход на любой глубине.
 Рис. 17.20. Образование р-и-перехода путем диффузии сурьмы в германии р-типа Рис. 17.21. Образование р- п-р-переходов путем диффузии сурьмы и галлия в германий р-типа Метод диффузии позволяет получать сразу несколько р-п-переходов в одной пластине. В этом случае газовая среда должна содержать и донорную Л/„, и акцепторную Np примеси. Коэффициенты диффузии донорных примесей для германия больще, чем акцепторных. В кремнии, наоборот, акцепторные примеси диффундируют быстрее. На рис. 17.21 показана диффузия в дырочный германий акцепторной (Ga) и донорной (Sb) примесей. Скорость диффузии донорной примеси больше, а поэтому она распространяется на большую глубину. При таком методе в наружном р-слое распределение примеси неравномерно. Кроме того, около р-п-перехода концентрация примеси изменяется плавно, что ухудшает характеристики прибора. Этих недостатков лишен р-п-р-переход, полученный на германии или кремнии сплавно-диффу-зионным методом. При сплавно-диффузионном методе на пластину германия с р-проводимостью помещают шарик из сплава на основе свинца с примесью галлия (акцептор) Злептродный сплав Кристаллизация p-Ge  t=7600 t = 7Z0°C t=20°C Рис. 17.22. Схема образования р - п-р-пе-реходов в германии при сплавно-диффу-зионном методе И сурьмы (донор) и нагревают до 760 °С. При этой температуре сплав расплавляется, и примесь растворяется в германии. Ее растворимость определяется точкой а диаграммы состояния системы германий-примесь (см. рис. 17.12). После выдержки (2 ч) температуру понижают до 720 °С, и растворимость увеличивается (точка а на рис. 17.12). Германий захватывает небольшое количество донорной и акцепторной примесей, но в связи с большей растворимостью в германии галлия, чем сурьмы, эта зона германия, обогащенная примесью, сохраняет р-проводи-мость (рис. 17.22). В процессе длительной (10 ч) выдержки при 720 °С происходит диффузия галлия и сурьмы из образовавшейся р-зоны в основную пластинку р-германия. Бла-
! Щ Рис. 17.23. Образование р-и-переходов при ионном легировании: а - для низких энергий; б - для высоких энергий 12 Под ред. Б. И. Арзамасова годаря большей диффузионной подвижности сурьмы в пластинке германия создается зона п-проводимости, что в итоге приводит к образованию двух переходов типа р-п-р. При ионном легировании используют тлеющий разряд, в котором газовая фаза, содержащая легирующую примесь, ионизируется. Ионы легирующего элемента внедряются в кристалл. В зависимости от энергии иона внедрение происходит на определенном расстоянии от поверхности (рис. 17.23), что позволяет создавать несколько р-п-переходов. 17.3. Диэлектрики Диэлектриками называют вещества, у которых валентная зона отделена от зоны проводимости широкой зоной запрещенных энергий. Важнейшими твердыми диэлектриками являются керамика, полимеры и стекло. В них преобладает ионный или ковалентный тип связи, нет свободных носителей зарядов. Их удельное электрическое сопротивление равно 10*-10° Омм. Электрические свойства диэлектрика определяют область его применения; при этом принимаются во внимание механические свойства материала, его химическая стойкость и другие параметры. Характерной особенностью диэлектрика является способность поляризоваться в электрическом поле. Сущность поляризации заключается в смещении связанных электрических зарядов под действием поля. Смещенные заряды создают собственное внутреннее электрическое поле, которое направлено противоположно внешнему. Мерой поляризации является диэлектрическая проницаемость Е. Она оценивается отношением емкостей Сд/Со конденсатора. Емкость Сд определяется, когда между пластинами конденсатора находится диэлектрик, а емкость С-когда вместо диэлектрика-вакуум. В твердом диэлектрике одновременно проявляется несколько 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 [ 50 ] 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 |
