Кристалла полупроводника

Точность совмещения на подложке при монтаже методом перевернутого кристалла зависит от типа ориентирующей системы. При ориентации по центрирующему отверстию максимальное смещение оси кристалла относительно оси фильеры

После оплавления затравки, которое обеспечивает хорошее ее смачивание расплавом, затравку медленно поднимают. Жидкость, тянущаяся за затравкой, попадая в область более низких температур, затвердевает, продолжая кристаллическую структуру затравки. При вытягивании кристалла затравку или тигель вращают, чтобы не происходил преимущественный рост кристалла в какую-либо сторону из-за возможной боковой разности температур. Кроме того, вращение кристалла относительно тигля производит размешивание расплава в тигле.

Этап разделки природного кварцевого сырья на заготовки начинают с пескоструйной очистки поверхностей кристаллов кварца и их травления, в 30%-ной плавиковой кислоте. Кристаллы искусственного кварца подвергают только травлению. Операция травления обеспечивает прозрачность кварцевого сырья, необходимую для выявления положения его кристаллографических осей оптическим методом по фигурам астеризма, наблюдаемым в кристаллах кварца при просматривании через кристалл точечного источника света. Форма световых фигур зависит от ориентировки кристаллографических осей кристалла относительно светового луча. Точность определения положения кристаллографических осей этим методом составляет 2—3°.

определенной ориентации .кристалла относительно направления ионного пучка пробеги ионов становятся аномально большими. Если траектория движения иона совпадает с кристаллографическими направлениями , <100>, <•!!!>, то ион проходит вдоль атомных рядов или плоскостей, образующих межосевые или межплоскостные каналы, испытывая только скользящие столкновения. Указанный эффект, называемый эффектом каналирования, полезен тем, что -позволяет осуществлять ионное внедрение на заданную глубину при более низких энергиях и с малой степенью разупорядоченности структуры. Однако для того, чтобы основная масса ионов каналировалась, необходимо ориентировать подложку относительно ионного пучка с точностью 0,1°, что в производственных условиях весьма сложно. Для получения воспроизводимых результатов эффект каналирования подавляют, для чего увеличивают угол разориентации до 7—8°.

определенной ориентации .кристалла относительно направления ионного пучка пробеги ионов становятся аномально большими. Если траектория движения иона совпадает с кристаллографическими направлениями , <100>, <•!!!>, то ион проходит вдоль атомных рядов или плоскостей, образующих межосевые или межплоскостные каналы, испытывая только скользящие столкновения. Указанный эффект, называемый эффектом каналирования, полезен тем, что -позволяет осуществлять ионное внедрение на заданную глубину при более низких энергиях и с малой степенью разупорядоченности структуры. Однако для того, чтобы основная масса ионов каналировалась, необходимо ориентировать подложку относительно ионного пучка с точностью 0,1°, что в производственных условиях весьма сложно. Для получения воспроизводимых результатов эффект каналирования подавляют, для чего увеличивают угол разориентации до 7—8°.

dni — пьезоэлектрические коэффициенты в матричной записи. Они определяют характеристики преобразования и зависят не толь-. ко от свойств пьезоэлектрического вещества, но и от ориентации кристаллографических осей кристалла относительно выбранной системы координат, в которой записаны уравнения (3.75). В уравнении (3.75а) они характеризуют прямой пьезоэлектрический эффект (возникновение электрического смещения вследствие механическо-

.На 4.41 показана структурная схема управления координатным столом адаптивного промышленного робота-микросварщика типа ОЗУН-12000 МЗ, предназначенного для приваривания проволочных выводов к кристаллу интегральной схемы. Управляющая микро-ЭВМ «Электроника-60» совместно ,с шаговыми двигателями обеспечивает начальную юстировку кристалла относительно ультразвуковой сварочной головки, последующее перемещение кристалла по программе и приваривание выводов ко всем контактным

ЭВМ, формируются управляющие тактовые импульсы для полупроводниковых коммутаторов ПК. Коммутаторы подают на обмотки управления- ШД силовые прямоугольные импульсы требуемой последовательности и ШД перемещают КС в заданную точку. Информация о фактическом положении маркера кристалла относительно сварочной головки вырабатывается оптическим датчиком положения ОДП и передается по линии обратной связи к ЭВМ, которая сравнивает сигнал ДП с данными программы и с помощью ШД корректирует положение кристалла. Дальнейшее перемещение КС и сварка выполняются но программе. Точность позиционирования составляет ±10 мкм. Аналогичную схему управления координатным столом имеет автомат, производящий подгонку сопротивлений толстопленочных гибридных схем метод'ом выжигания токопроводящей углеродной пасты-лазерным лучом.

свои первоначальные положения. При превышении предела теку- ; чести внутри кристалла вдоль определенной плоскости S, называемой плоскостью скольжения, происходит сдвиг одной части кристалла относительно другой на одно или несколько атомных расстояний ( 1.28, б). После снятия внешней нагрузки упругие^ напряжения решетки снимаются, однако одна часть кристалла оста-' ется смещенной относительно другой ( 1.28, г). Из таких малых необратимых смещений, протекающих во многих плоскостях скольжения, складывается остаточная деформация кристалла в целом.

смещения одной части кристалла относительно другой одновремей-но по всей плоскости скольжения ( 1.35, а).

Из (1.44) следует, что теоретическая'прочность кристаллов на сдвиг, вычисленная из предположения, что смещение одной части кристалла относительно другой происходит одновременно по всей плоскости сдвига, должна составлять « 0,10, т. е. быть величиной порядка 109—1010 Н/ма (104—10* кгс/см2). Более строгий учет характера сил взаимодействия между атомами приводит к незначительному уточнению этой величины.

Помимо краевых существуют винтовые дислокации, которые возникают,. в частности, при смещении одной части кристалла относительно другой, как показано на 1.37. В отличие от краевой дислокации, у которой вектор' смещения совпадает с направлением перемещения дислокации, у винтовой дислокации этот вектор перпендикулярен направлению распространения сдвига (направлению перемещения дислокации).

1,2 — базовая и эмиттерная области кристалла полупроводника соответственно; 3 — стеклянные изоляторы; 4, 5, 6 — выводы коллектора, базы и эмиттера соответственно; 7 — металлический корпус

Эпитаксия представляет собой процесс наращивания кристалла полупроводника с контролируемой электрической проводимостью. Ее осуществляют при температуре до 1250°С в потоке смеси газов.

Рассмотрим наиболее простой случай распределения электронов для идеального беспримесного кристалла полупроводника (собственный полупроводник) при температуре абсолютного нуля (О К). Как отмечалось выше, при этом все энергетические уровни в валентной зоне будут заполнены, а все уровни зоны проводимости окажутся свободными. Это состояние можно охарактеризовать, используя понятия теории вероятности. Мы знаем, что при температуре абсолютного нуля электрон не может при всех условиях находиться в зоне проводимости. Это означает, что все уровни валентной зоны заняты электронами. Другими словами, вероятность того, что все уровни валентной зоны будут заняты электронами, равна 100%, т. е. превращается в достоверность. В теории вероятности достоверное событие обозначается 1. В то же время вероятность, что тот или иной уровень валентной зоны лишится своего электрона и превратится в дырку, равна 0.

Точечные диоды ( 5.6, а) на первой стадии развития электронной техники имели наибольшее распространение. При их изготовлении применяется принцип формовки: через место соединения контактной проволочки и кристалла полупроводника пропускаются импульсы токаг формирующие в месте контакта р — п-переход.

обусловленное проводимостью по поверхности кристалла полупроводника и несовершенством структуры перехода); LK — индуктивность корпуса диода (включая индуктивность выводов и контактной иглы); Си — емкость корпуса.

При увеличении напряжения стабилизации свыше 7...10 В увеличивается толщина р — л-перехода и возрастает роль лавинного пробоя. В этом случае с ростом температуры уменьшается длина пробега свободных носителей заряда за счет увеличения числа соударений с решеткой кристалла полупроводника, поэтому возрастает величина напряжения пробоя.

Пленарную технологию используют для изготовления не только маломощных, но и мощных СВЧ транзисторов ( 7.5). В этих транзисторах обеспечен хороший теплоотвод за счет крепления кристалла полупроводника на пластине из бериллиевой керамики, имеющей высокий коэффициент теплопроводности. При изготовлении транзистора применяют травление края коллекторного перехода и удаляют участки базы и коллектора, имеющие максимальное количество примесей и дефектов. Это приводит к повышению напряжения пробоя. Такие транзисторы, имеющие скос коллекторного перехода, называются мезапланарными. Параметры некоторых транзисторов средней мощности и мощных, изготовленных диффузионным и пленарными методами, приведены в табл. 7.2.

ной структуры ( 7.8). При этом пренебрегают величиной объемных сопротивлений кристалла полупроводника на участках между концами и контактами истока и стока, а также зависимостью удельной проводимости материала канала от напряженности электрического поля.

Накопленные знания, относящиеся к полупроводниковым интегральным микросхемам (ИМС), можно систематизировать следующим образом: схемотехника, технология и системная организация интегральных схем. Такая систематизация методологически целесообразна, так как каждый раздел имеет различную теоретическую основу, характеризующуюся своими, только ему присущими целями, методами и средствами. Схемотехника определяет методы, позволяющие реализовать обработку информации путем использования полупроводниковых приборов с учетом особенностей их электрических характеристик. Технология призвана воплотить схемотехнические решения в конкретные изделия в виде кристалла полупроводника методами и средствами, отличными от методов схемотехники. Системная организация направлена на оптимальное использование схемотехнических и конструктивно-технологических решений для создания конкретной МЭА и устройств вычислительной техники.

Под топологией полупроводниковых ИМС понимают пространственно-геометрический порядок размещения элементов, их форму и вид соединения между ними на поверх/-ности кристалла полупроводника. Топология охватывает лишь часть конструктивных признаков ИМС.

Между валентной зоной с энергией электрона ее верхней границы Е0 и зоной проводимости с энергией электрона ее нижней границы Ес находится запрещенная зона шириной Д? = ЕС — Ev (у германия А? = 0,72 эВ, у кремния Д? = 1,12 эВ). Чтобы электрон мог освободиться от связи с атомом и стать свободным, он должен попасть в зону проводимости. Для перевода электрона в зону проводимости ему необходимо сообщить дополнительную энергию, равную или превышающую энергию запрещенной зоны. Источником такой энергии может быть теплота окружающей среды. Уже при комнатной температуре заметное число электронов кристалла полупроводника разрывает ковалентные связи, т. е., получая дополнительную энергию, преодолевает запрещенную зону и переходит в зону проводимости. Одновременно в валентной зоне образуется такое же число не занятых электронами (ставших вакантными) энергетических уровней. Вакантный энергетический уровень в валентной зоне называют дыркой проводимости, а сам процесс образования пар электрон — дырка — тепловой генерацией пар. В электрическом и магнитном полях дырка ведет себя