Кристаллом полупроводника

Дальнейшее существенное повышение магнитных свойств сплавов Fe-Ni-Al-(Co) возможно путем создания магнитов с макроструктурой в виде столбчатых кристаллов. Кристаллическую структуру получают в процессе особых условий охлаждения сплава.

Полупроводниковые материалы имеют твердую кристаллическую структуру. При изготовлении полупроводниковых приборов и интегральных микросхем, представляющих собой устройства для усиления, генерирования и преобразования электрических сигналов, наиболее широко используют кремний, германий и арсенид. галлия. К полупроводникам относят также селен, теллур, некоторые окислы, карбиды и сульфиды.

Большинство полупроводников имеет кристаллическую структуру. АТОМЫ химических элементов состоят из ядра, вокруг которого по эллиптическим орбитам вращаются «планетарные» электроны. Число электронов в электронной оболочке атома равно порядковому номеру химического элемента в периодической таблице Менделеева. «Планетарные» электроны образуют несколько слоев вокруг ядра атома. Электроны каждого слоя обладают кинетической энергией одного порядка.

- смешанные (аморфно - кристаллические) материалы — частично закристаллизованные аморфные. Частично кристаллическую структуру имеют многие полимеры, ситалл.

Металлическая связь - связь положительно заряженных ионов металла, образуемая оторвавшимися от атомов коллективизированными валентными электронами. «Электронный газ» оказывает цементирующее действие на кристаллическую структуру металлов и приводит к их высокой тепло- и электропроводности, а ненаправленный характер связи обусловливает высокую пластичность металлов.

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.

Магнитные свойства стали резко улучшаются, когда удается создать кристаллическую структуру стали такой, что оси легкого намагничивания большинства кристаллов направлены в одну сторону и совпадают с направлением намагничивания. Такая сталь называется текстурованной и получается методом холодной прокатки.

Хемоэпитаксия — процесс ориентированного нарастания, в результате которого образование новой кристаллической фазы — хемоэпитаксиального слоя - происходит за счет химического взаимодействия (например, реактивной диффузии) вещества подложки с веществом, поступающим из исходной фазы. Полученный слой по химическому составу отличается как от подложки, так и от исходной фазы, но закономерно продолжает кристаллическую структуру подложки. Как правило, толщина хемоэпитаксиального слоя невелика. При образовании таких слоев может быть сформирован гетеропереход или невыпрямляющий контакт.

лельными цепочками (в диапазоне температур 5... 55 С), образуя упорядоченную' кристаллическую структуру. Под действием электрического поля в жидких кристаллах нарушается ориентация молекул. При этом в веществе возникает эффект динамического рассеяния, сопровождающийся изменением прозрачности жидкости. Этот эффект используется для создания индикаторов.

В технологии кремниевых микросхем распространена газофазная эпитаксия, осуществляемая в эпитаксиальном реакторе ( 2.1). Пластины / на графитовом держателе 2 помещаются в кварцевую трубу 3 с высокочастотным нагревателем 4. Через трубу пропускают поток водорода с небольшим (доли процента) содержанием тетрахлорида кремния, а также газообразных соединений доноров (например, РН3, РС13) или акцепторов (ВВг3, В2Н„). На поверхностях пластин, где устанавливается и поддерживается с большой точностью высокая температура (около 1200±3 °С), происходит реакция SiCl4 + H2 -»--*- Si \ +HC1 f . Образующиеся атомы кремния перемещаются (мигрируют) по поверхности, занимая положения в узлах кристаллической решетки, из-за чего растущая пленка продолжает кристаллическую структуру подложки. Атомы доноров (Р) или акцепторов (В) образуются также в результате химических реакций. Скорость роста пленки (0,1 ... 1 мкм/мин) зависит от температуры, содержания SiCl4, скорости потока газа, а также кристаллографической ориентации поверхности. Из-за высокой температуры процесса примеси диффундируют из. пленки в подложку и обратно. Это затрудняет создание резких переходов и тонких (менее 0,5 мкм) эпитаксиальных пленок. Толщина пленок лежит в пределах 1 ... 15 мкм. Более низкой температурой (1000 °С) при сохранении достаточной скорости роста пленки характеризуется процесс на основе реакции разложения силана SiH4, но и он не позволяет получить пленку тоньше 0,1 ... 0,2 мкм.

прямым. При прямом процессе полупроводниковый материал распыляют и его атомы осаждаются на подложке. В непрямом процессе распыляют химические соединения полупроводникового материала, молекулы которого диссоциируют, и ионы полупроводника оседают на подложке, повторяя ее кристаллическую структуру.

Диоды СВЧ-диапазона изготовляют из кремния, германия и арсе-нида галлия. Эти диоды имеют микросплавной, диффузионный, пленарный и планарно-эпитаксиальный р-л-переход либо переход металл — полупроводник, а также точечный контакт, изготовляемый микросваркой вольфрамовой иглы с кристаллом полупроводника (Не являясь в 26

Транзистор состоит из кристалла полупроводникового материала (в рассматриваемом случае и-типа), в котором методом диффузии образованы две зоны 2 и 3 с электропроводностью р-типа. Поверхность кристалла покрыта слоем диэлектрика 4 и 6, в котором имеются окна, открывающие доступ к зонам /ьтипа. На поверхности диэлектрика — три металлизированных участка: исток 5,сток 8 и затвор 7. Слой диэлектрика 6 между затворами и кристаллом полупроводника должен иметь вполне определенную толщину и строго регламентированные свойства. Если изменять напряжение, приложенное между затвором 7 и подложкой 7, то сопротивление граничного слоя полупроводника с диэлектриком между областями 2 и 3 будет изменяться. МДП-транзисторы могут обладать электропроводностью р- и и-типов. В интегральных микросхемах наиболее широко применяют кремниевые транзисторы.

Полупроводниковые СВЧ-диоды уже длительное время применяют в различной радиоэлектронной аппаратуре и измерительной технике СВЧ-диапазона, т. е. на частотах более 300 МГц. Вначале СВЧ-диоды использовали для детектирования и смешения сигналов. Для этих целей применяли точечные диоды, выпрямляющий электрический переход в которых возникал между кристаллом полупроводника и прижимным металлическим электродом в виде заостренной пружинки. Созданные в последнее время новые типы СВЧ диодов практически целиком заменили точечные детекторные и смесительные диоды. Они дают возможность решать задачи генерации и усиления электромагнитных колебаний СВЧ-диапазона, умножения частоты, модуляции, регулирования, ограничения сигналов и т. п.

Для обеспечения лучшего теилоотвода кристалл полупроводника со структурой мощного транзистора припаивают к кристал-лодержателю коллекторной стороной. Если же необходима изоляция коллектора от корпуса транзистора, то между кристаллом полупроводника и кристаллодержателем помещают изолирующую прокладку из бериллиевой керамики, обладающей хорошей теплопроводностью ( 4.54). Основание корпуса — кристаллодержа-тель — выполняют из меди. Так как тепло-отвод от корпуса должен обычно осуществляться на шасси всего устройства или на радиатор, то для уменьшения теплового сопротивления нижнюю поверхность основания корпуса не окрашивают.

Первые приборы на эффекте междолинного перехода электронов изготовляли из арсенида галлия и фосфида индия со сплавными омическими переходами между кристаллом полупроводника и электродами. Но методом вплавления трудно получить с вос-

1 — тонкий прозрачный металлический электрод; 2 — второй металлический электрод, образующий с кристаллом полупроводника омический переход

Принцип действия. На 13-3 полевой транзистор включен по схеме с общим истоком. Предположим вначале, что напряжения между электродами транзистора равны нулю. На границах р-об-ластей с и-кристаллом полупроводника существует электронно-дырочный переход, ширина запирающего слоя в котором определяется выражением (10-24). Поперечное сечение суженной

В точечных диодах ( 4.3) выпрямляющий р-«-переход образуется между металлическим острием контактной пружины (диаметром 10-=-20 мкм) и кристаллом полупроводника обычно л-типа. Переход создается за счет пропускания коротких и мощных импульсов прямого тока через диод. При этом острие контактной пружины сплавляется с кристаллом, и вблизи места сплавления за счет диффузии расплавленного металла острия в кристалл получается область полупроводника типа р. Точечные диоды вследствие малой площади р-п-перехода выпускаются на малые токи (до 30 мА) и невысокие обратные напряжения (до 100 В).

му разрушению конструкции транзистора — как правило, в месте контакта выходного электрода с кристаллом полупроводника. Кроме того, такие перегрузки вызывают необратимое снижение параметров транзистора — прежде всего коэффициента передачи тока.

Оптическое излучение при взаимодействии с кристаллом полупроводника частично поглощается, частично отражается от его поверхности или проходит через кристалл без поглощения. Доли проходящей, отраженной и поглощенной энергии излучения оценивают для полупроводниковых материалов соответствующими коэффициентами. Различают коэффициент пропускания Тф — отношение мощности Рлр, прошедшей через кристалл полупроводника, к мощности падающего излучения на его поверхность

Принцип действия. На 13-3 полевой транзистор включен по схеме с общим истоком. Предположим вначале, что напряжения между электродами транзистора равны нулю. На границах р-об-ластей с и-кристаллом полупроводника существует электронно-дырочный переход, ширина запирающего слоя в котором определяется выражением (10-24). Поперечное сечение суженной