Кристаллическая структура

Все перечисленные элементы микросхемы получают в едином технологическом цикле в кристалле полупроводника. Изоляцию отдельных элементов осуществляют одним из двух способов: закрытым p-n-переходом или с помощью изоляционной пленки двуокиси кремния SiO2. На 2.7 показана последовательность получения изолированных областей я-кремния. Такой технологический процесс содержит ряд описанных ранее операций. Вначале на пластину исходного n-кремния методом фотолитографии наносят защитную маску и проводят избирательное травление исходного кристалла ( 2.7, а). Затем после смывания маски осуществляют окисление поверхности кристалла кремния, на котором образуется изоляционный слой ( 2.7, б).

может служить широко распространенная микро-ЭВМ «Электроника 60М», выполненная на комплекте серии 581 ( 8.71). Одноплатная микро-ЭВМ отличается тем, что выполнена на одной печатной плате, например микро-ЭВМ «Электроника С5-12» ( 8.72). Однокристальная микро-ЭВМ выполнена в одном кристалле полупроводника (одна БИС), например микро-ЭВМ «Электроника С5-31» ( 8.73), имеющая следующие технические характеристики:

проводимости означает, что полупроводник становится электропроводящим. Эта электропроводность является следствием нарушения валентных связей в кристалле полупроводника и называется собственной электропроводностью (проводимостью).

используется фосфор, а в качестве акцепторных—галлий и алюминий. Для арсенида галлия в качестве акцепторных примесей применяют цинк и кадмий. Конструктивное исполнение туннельного диода представлено на 5.26. На кристалле / полупроводника формируется узкий р—га-переход, для получения которого применяется метод вплавления или диффузии примесей. Туннельные диоды оформляются в корпусе 2, причем германиевые диоды помещают в металлостеклянный корпус, а диоды на базе арсенида галлия — в металлокерамический. Для осуществления контакта к кристаллу припаивается плоская пластинка 3. При такой конструкции обеспечивается малое значение индуктивности контакта, что очень важно при работе диода на высоких частотах. Контакт с внешними цепями осуществляется через выводы 4.

Полупроводниковая интегральная микросхема представляет собой множество полупроводниковых приборов (транзисторов, диодов) и других радиокомпонентов (резисторов, конденсаторов), изготовленных на небольшом (несколько миллиметров) кристалле полупроводника прямоугольной формы и соединенных друг с другом тонкопленочными металлическими проводниками. Получаемая сложная электрическая схема выполняет определенную функцию преобразования и обработки сигнала. Микросхему герметизируют в корпусе, имеющем внешние выводы. 4

В кристалле полупроводника свободные носители заряда совершают хаотическое тепловое движение, испытывая соударения (рассеяние) с колеблющимися атомами кристаллической решетки (тепловые колебания) , ионами примесных атомов и другими дефектами решетки. Тепловое движение электронов характеризуется средней тепловой скоростью "тепл.ср/ равной отношению длины их свободного пробега, совершаемого до очередного столкновения, к среднему времени пробега (в

26. Распределение напряженности электрического поля в кристалле полупроводника с отрицательной дифференциальной проводимостью под действием внешнего напряжения

Пользуясь изложенными способами, можно в одном кристалле полупроводника сформировать большое количество транзисторов, резисторов,' конденсаторов, диодов и соединить их между собой таким образом, чтобы они могли выполнять вполне определенную функцию в радиоэлектронном устройстве (усилитель, триггер, сумматор и т. д.).

МДП-транзисторы в интегральных схемах широко используют в ключевом режиме для построения цифровых схем. При этом в качестве нагрузки для транзистора используют не резисторы, а МДП-транзисторы, аналогичные тем, которые применяют в качестве активных элементов схемы. В этом случае в кристалле полупроводника размещаются однотипные элементы, аналогичные показанным на 11.7.

правленному движению электронов. Чтобы понять, как перемещаются дырки, обратимся к 9, на котором изображено несколько одних и тех же атомов кремния в различные моменты времени. Один из валентных электронов покинул атом /. В кристалле появился свободный электрон, а в атоме / возникла дырка. В следующий момент времени t2 свободный электрон будет перемещаться к положительному полюсу источника питания. Одновременно один из валентных электронов атома // переходит к: атому / и замещает там дырку. В результате дырка появляется в атоме //, в следующий момент времени она может быть замещена электроном ///, и т. д. Последовательно переходя от одного атома к другому, дырка через некоторое время t$ образуется в атоме V. Таким образом, в кристалле полупроводника имеются два типа носителей заряда — электроны и дырки. В соответствии с этим различают два типа электропроводности — электронную, или проводимость типа п (от слова negative — отрицательный), обусловленную направленным движением электронов, и: дырочную, или проводимость типа р (от слова positive — положительный), обусловленную направленным движением дырок.. Учитывая это, можно записать формулу для силы тока в химически чистом кристалле полупроводника:

12. Одной из важнейших задач топологического проектирования является минимизация площади, занимаемой ИМС. Уменьшение этой площади позволяет увеличить количество ИМС, изготовляемых на пластине заданного диаметра. Кроме того, необходимо учитывать, что вероятность случайных дефектов в кристалле полупроводника возрастает с увеличением площади. Размеры ИМС зависят от количества изолированных областей и их площади, а также от суммарной площади соединительных металлизированных дорожек, включая площадь, занимаемую контактными площадками.

Примечание. В обозначениях марок сплавов буквы означают: Б — ниобий; Д —медь; К — кобальт; Н — никель; С —кремний («силиций»); Т — титащ Ю —алюминий; А —столбчатая кристаллическая структура; АА — монокристаллическая структура; цифры указывают процентное содержание элемента,

поглощения светового излучения ионами активатора. В тех случаях, когда возможна передача энергии, поглощенной ионами матрицы, ионам активатора (сенсибилизация активатора), это требование может не выполняться. Кристаллическая структура матрицы должна допускать изоморфное введение в нее активатора в нужных количествах, т. е. ионы активатора должны легко занимать определенные места в кристаллической решетке матрицы.

43. Кристаллическая структура решетки типа граната:

§ 1. Кристаллическая структура и зонная модель полупроводников

g I. Кристаллическая структура и зонная модель полупроводников. § 2. Носители заряда в полупроводниках. § 3. Перенос носителей заряда в полупроводниках. § 4. Равновесные и неравновесные носители заряда. Полный ток в полупроводниках.

Кристаллическая структура Структура Структура Структура цин-

Материал Кристаллическая структура Параметр кристаллической _ решетки, нм Ор-КГ6. К"1 Теплопроводность, Вт/(м • К) Твердость по Моосу 7пл> К

В процессе внедрения ионов простые дефекты могут скапливаться в локализованных областях — кластерах, в которых сохраняется основная кристаллическая структура. Кластер имеет сложную структуру и состоит из ядра, насыщенного дивакан-сиями, и оболочки, где основным видом дефектов являются ассоциации вакансий с примесными атомами. Увеличение числа кластеров и их размеров с ростом дозы облучения приводит к их перекрытию и в конечном счете к полному разупорядо-чению решетки, т. е. к ее аморфизации. Аморфизация структуры при больших дозах радиации характерна для всех полупроводников, но склонность к ней снижается с ростом доли ионной или металлической связи в кристалле. Образование аморфизованного слоя на поверхности полупроводника может быть зафиксировано на электронограммах поверхности: исчезают линии Кикучи, характерные для рассеяния электронов в монокристаллах.

Даже во время кратковременного хранения или транспортировки протравленные корпуса и крышки ртутно-цинковых элементов могут немного окисляться. Для снятия такого небольшого невидимого глазом налета окислов применяют декапирование. Эта операция заключается в обработке деталей в разбавленном растворе соляной кислоты — 50—100 г/л в течение 1—3 мин. Декапирование производится в ваннах при комнатной температуре. При декапировании выявляется кристаллическая структура металла, что благоприятно сказывается на прочности сцепления гальванического покрытия с металлом — основой.

Пробой р-и-нерехода. Резкое возрастание обратного тока, наступающее даже при незначительном увеличении обратного напряжения сверх определенного значения, называют пробоем перехода. Природа пробоя может быть различной: он может быть электрическим, при котором р -n-переход не разрушается и сохраняет работоспособность, и тепловым, пэи котором разрушается кристаллическая структура полупроводника. Электрический пробой связан со значительным увеличением напряжен-

Ферриты. Основным достоинством ферритов является сочетание высоких магнитных параметров с большим электрическим сопротивлением, которое превышает сопротивление ферромагнитных металлов и сплавов в 103—1013 раз, и, следовательно,, они имеют относительно малые потери в области повыщенных частот, что позволяет использовать их в высокочастотных электромагнитных устройствах. Химический состав ферритов с высокой магнитной проницаемостью может быть записан химической формулой MeO-Fe2O3 или Me2+Fef+O^~~, где в качестве металла используются двухвалентные ионы Мгг*+, Fea+, Co2+, Ni2+, Zn2+, Cd2+ и др. Ионы двухвалентного метал-^яа характеризуют феррит, который получает название по характеризующему металлическому иону, например NiFe2O4 — никелевый феррит, ZnFe2O4 — цинковый феррит. Кристаллическая структура приведенных ферритов аналогична структуре природного минерала — благородной шпинели MgAl2O4, поэтому их называют ферритами со структурой шпинели или феррошпинели. Такая структура представляет собой гранецентрированную плот-ноупакованную кубическую решетку, в которой плотнейшую упаковку образуют относительно большие ионы кислорода (ионный радиус 0,132 нм). Металлические ионы, имеющие меньший ионный радиус (0,04—0,1 нм), располагаются в промежутках (узлах) между ионами кислорода. В структуре типа шпинели существует два типа промежутков: тетраэдрические, образованные четырьмя ионами кислорода, и октаэдрические, образованные шестью ионами кислорода. В центрах этих промежутков находятся ионы металла. В элементарной кубической ячейке содержится 64 тетраэдриче-ских и 32 октаэдрических промежутка. В структуре шпинели ионами металла занято восемь тетраэдрических (Л-узлы) и 16 октаэдрических (В-узлы) промежутка.