Повышенной концентрации

Существенную роль при работе резистора играет распределенная емкость изолирующего р—«-перехода. Несмотря на то что эта емкость не превышает обычно 2...5 пФ, величина емкостного сопротивления оказывается соизмеримой с сопротивлением резистора (5 кОм на частотах порядка 10 МГц). Повысить эту частоту можно, пропорционально уменьшая размеры резистора, паразитная емкость которого при этом уменьшается пропорционально квадрату линейных размеров, а сопротивление остается неизменным. Особенно неблагоприятно сказывается влияние емкости изолирующего р — п-перехода на резисторы большого сопротивления. Решить эту проблему пытались созданием резисторов, заключенных между двумя диффузионными областями (пинч-резисторов). В этом случае используется глубинная, слаболегированная часть диффузионной области (чаще всего базовой), обладающая высоким объемным удельным сопротивлением [8]. Она отделена от поверхности подложки диффузионной областью с повышенной концентрацией носителей противоположного знака. Такой резистор имеет нелинейную вольт-амперную характеристику, так как изменение тока ведет к изменению падения напряжения на резисторе, которое складывается со смещающим напряжением, приложенным к переходу. Ширина обедненной области р — /г-перехода увеличивается, сечение резистора при этом уменьшается. Это аналогично рассмотренному ранее явлению «смыкания» канала в структурах полевых транзисторов.

Если взять полупроводник и ввести в него повышенную концент^ рацию акцепторовТыи доноров, то получим полупроводник с повышенной концентрацией примесей. Для дырочного полупроводника при введении акцепторных примесей .получается структура с повышенным содержанием дырок, которая условно обозначается р+. Знак + соответствует более сильнолегированному слою. Аналогично получается полупроводник п+-типа при введении в электронный полупроводник донорных примесей.

Для получения туннельного эффекта используют вырожденные полупроводники, отличающиеся от обычных повышенной концентрацией примесей, которая достигается усиленным введением примесей (легированием) р- и n-областей перехода. Концентрация примесных атомов в легированном полупроводнике достигает 1019 в 1 см3 по сравнению с 1015 в 1 см3 в невырожденном полупроводнике. Из-за повышенной концентрации примесей р — п-пере-ходы имеют небольшие удельные сопротивления и малую толщину.

В случае несимметричных переходов область с повышенной концентрацией носителей зарядов называют эмиттером, а область с уменьшенной концентрацией — базой. Процесс перехода основных носителей зарядов через ослабленный внешним полем барьер называют инжек-цией носителей зарядов. Следует иметь в виду, что инжектированные носители зарядов становятся после прохождения барьера неосновными. Так, если в полупроводнике типа п электроны являются основными носителями зарядов, то, проникая через электронно-дырочный переход в полупроводник типа р, они становятся неосновными носителями.

Полупроводниковые стабилитроны отличаются от силовых диодов повышенной концентрацией носителей зарядов, достигающей в кремниевых стабилитронах 1016 -f- 1017 1/см3. Благодаря высокой концентрации носителей напряженность электрического поля в электронно-

Исходным материалом, образующим впоследствии коллектор, является сравнительно высокоомный кремний с электронной электропроводностью. Поверхность пластинки кремния покрывают защитным слоем SiO2, в котором создаются кольцевые окна. В центральную часть пластинки путем направленной диффузии вводят акцепторную примесь, образующую диффузионную базу с дырочной электропроводностью. На поверхность базы наносится новый слой Si02 с кольцевыми окнами, через которые методом диффузии вводят доноры, образующие эмиттер с повышенной концентрацией носителей. В оставшиеся кольцевые окна напыляют контактные пленки, показанные на 3.39, б вертикальной штриховкой (коллекторное контактное кольцо К), горизонтальной штриховкой (базовое контактное кольцо Б) и вертикально-горизонтальной штриховкой (эмиттерный контактный круг Э). К контактным кольцам методом термокомпрессии присоединяют выводы коллектора, базы и эмиттера. В кремниевой пластинке диаметром 30 мм создают до 400 планарных транзисторов.

В МОП-транзисторах существенную роль играет положительный заряд, присутствующий в оксиде. Действие этого заряда эквивалентно наличию положительного напряжения на затворе, так что в случае полупроводника р-типа инверсный слой существует уже при нулевом управляющем напряжении. Для полупроводника я-типа присутствие положительного объемного заряда в оксиде вызывает образование слоя с повышенной концентрацией электронов. Поэтому для создания инверсного слоя напряжение на затворе должно превышать значение, достаточное для нейтрализации этого заряда. Таким образом, проводимость канала МОП-транзистора на подложке р-типа (n-канал) можно увеличивать или уменьшать в зависимости от полярности напряжения на затворе. В случае подложки л-типа при t/3 = 0 канал отсутствует и для его создания необходимо приложить напряжение L/j<0, т. е. такие приборы могут работать только в режиме обогащения канала неосновными носителями заряда (дырками). МОП-транзисторы с n-каналом принято называть транзисторами с обеднением, несмотря на то, что они могут работать также в режиме обогащения канала неосновными носителями заряда (электронами).

под шиной металлизации областей с повышенной концентрацией примесей того же типа, что и в подложке. При этом пороговое напряжение возрастает и, следовательно, крутизна паразитного транзистора уменьшается. Охранные области могут быть использованы в качестве шин питания и земли, что позволяет упростить выполнение пересечений в топологии схемы.

Схематическое устройство и условное графическое обозначение р-п-р транзисторов показано на 16.11, а и п-р-п транзисторов— на 16.11,6. Одну из крайних областей транзисторной структуры создают с повышенной концентрацией примесей, используют в режиме инжекцни и называют эмиттером. Среднюю область называют базой, а другую крайнюю область — коллектором. Два перехода БТ называются эмиттерным и коллекторным.

Рассмотрим назначение противоканальных областей р+-типа, расположенных под изолирующими областями (см. 3.5, д). Известно, что на границе раздела кремний — диоксид кремния существует неподвижный положительный поверхностный заряд. Под влиянием этого заряда дырки отталкиваются в глубь подложки, а электроны из скрытых слоев л+-типа и подложки поступают к границе раздела. Поскольку концентрация акцепторов в подложке очень низкая (не более 1015 см~3), то при отсутствии противоканальной области у поверхности под диоксидом формируется инверсный слой — канал n-типа. Этот канал замыкает коллекторные области соседних транзисторов, что недопустимо. Для предотвращения появления каналов л-типа и создают противоканальные области с повышенной концентрацией акцепторов, при которой для типичных значений плотности положительного поверхностного заряда формирование инверсного слоя исключается, так как концентрация поступивших к поверхности электронов оказывается ниже концентрации дырок.

Слаболегированная подложка (Л/„.„ К)15 см-3) обеспечивает малые емкости р-п переходов. Чтобы одновременно не снижалось напряжение смыкания, создается слой 2 с повышенной концентрацией акцепторов, оптимальная толщина которого равна толщине слоев / (xz ж жхо). Большая толщина увеличивает емкости на нижних границах слоев / и боковых границах слоев 4, а меньшая - не обеспечивает приемлемого напряжения смыкания. Тонкий (менее 0,1 мкм) слой 3 /7-типа определяет значение порогового напряжения. Толстые (х0 > > 0,5 мкм) сильнолегированные области 4 дают малые сопротивления истока, стока. Из-за низкой концентрации примесей подложка имеет большое сопротивление г„, что ведет к появлению значительных помех при работе СБИС. Для снижения /-„ используют более сложную структуру, где транзисторы формируют в тонком эпитаксиальном слое р~-гипа, нанесенном на сильнолегированную подложку /;+-типа.

Для получения туннельного эффекта используют вырожденные полупроводники, отличающиеся от обычных повышенной концентрацией примесей, которая достигается усиленным введением примесей (легированием) р- и n-областей перехода. Концентрация примесных атомов в легированном полупроводнике достигает 1019 в 1 см3 по сравнению с 1015 в 1 см3 в невырожденном полупроводнике. Из-за повышенной концентрации примесей р — п-пере-ходы имеют небольшие удельные сопротивления и малую толщину.

В отличие от легирования электрически активными упрочняющими примесями введение изовалентных примесей не только не создает микродефектов, а, наоборот, подавляет возникновение их в монокристаллах полупроводниковых соединений. Одновременно подавляется возникновение вакансий летучего компонента в решетке соединения, место которых занимают атомы изовалентной примеси. Легирование полупроводниковых соединений изовалентными примесями позволяет также управлять периодом решетки монокристалла, изменяющимся при введении в него повышенной концентрации электрически активной легирующей примеси. По длине монокристалла плотность дислокаций, как правило, возрастает от его начала к концу, что является результатом проникновения дислокаций из высокотемпературной области их генерации к фронту кристаллизации. Однако если в процессе роста монокристалла температура боковой его поверхности возрастает, что имеет место, например, при опускании фронта кристаллизации в глубь тигля по мере уменьшения объема расплава в нем, то плотность дислокаций к концу монокристалла может уменьшиться.

Наиболее распространенным полирующим травителем как для кремния, так и для германия является безводный хлороводород. Его применение хорошо согласуется с технологией и аппаратурой наиболее распространенного в настоящее время хлоридного способа получения эпй*таксиаль-ных структур элементарных полупроводников. Скорость травления кремния в хлороводороде возрастает с повышением как его концентрации, так и температуры ( 6.1). Они связаны между собой зависимостью, выраженной графически на 6.2, из которой следует, что режим полирующего травления требует применения малых концентраций хлороводорода и высоких температур. При повышенной концентрации хлороводорода и понижении температуры происходит селективное травление, в результате которого поверхность кремния покрывается ямками травления.

Вследствие инжекции дырок из эмиттера в базу концентрация их в базе повышается. Появившийся вблизи перехода в базе объемный положительный заряд дырок почти мгновенно за время диэлектрической релаксации компенсируется зарядом электронов, входящих в базу от источника С/эв- Цепь тока эмиттер — база оказывается замкнутой ( 12-4, а). Электроны, пришедшие в базу, устремляясь к эмиттерному переходу, создают вблизи него отрицательный объемный заряд, почти полностью компенсирующий заряд, образованный дырками. Вблизи эмиттерного перехода, таким образом, имеется область повышенной концентрации электронов и дырок. Вследствие разности концентраций возникает диффузионное движение дырок и электронов по направлению к коллектору. В транзисторах ширина базы выбирается такой, чтобы время жизни неосновных носителей заряда — дырок было бы значительно больше времени их движения в базе. Таким образом, поДавляю-щее большинство дырок (практически около 99% и более), инжектированных из эмиттера, не успевает рекомбинировать с электронами в базе. Вблизи коллекторного перехода дырки попадают в ускоряющее поле коллекторного перехода и втягиваются в коллектор. Происходит экстракция дырок из базы в коллектор. Электроны же, число которых равно числу ушедших в коллектор дырок, устремляются в базовый вывод. Цепь тока коллектор — база замыкается.

Сравнительный анализ радиационного изменения электрофизических параметров арсенида галлия и кремния показывает, что с точки зрения влияния объемных эффектов смещения атомов GaAs не имеет преимуществ перед Si в широком диапазоне концентрации легирующей примеси. Арсенид галлия отличает от кремния существенно меньшее время жизни носителей заряда, которое в значительной мере определяется процессами излучательной и Оже-рекомбинации, особенно при повышенной концентрации неравновесных носителей. В арсениде галлия указанные процессы по сравнению с кремнием более вероятны. Наряду с объемными эффектами смещения на характеристики GaAs-приборов и ИС, особенно МДП НС, могут существенно влиять изменение плотности поверхностных состояний и накопление заряда на границе раздела между областями прибора. В настоящее время МДП-структуры на арсениде галлия не нашли широкого распространения в ИС из-за трудностей формирования однофазного затворною диэлектрика и обеспечения высоких значений подвижности носителей в тонких областях полупроводника под затвором.

Вследствие инжекции дырок из эмиттера в базу концентрация их в базе повышается. Появившийся вблизи перехода в базе объемный положительный заряд дырок почти мгновенно за время диэлектрической релаксации компенсируется зарядом электронов, входящих в базу от источника С/эв- Цепь тока эмиттер — база оказывается замкнутой ( 12-4, а). Электроны, пришедшие в базу, устремляясь к эмиттерному переходу, создают вблизи него отрицательный объемный заряд, почти полностью компенсирующий заряд, образованный дырками. Вблизи эмиттерного перехода, таким образом, имеется область повышенной концентрации электронов и дырок. Вследствие разности концентраций возникает диффузионное движение дырок и электронов по направлению к коллектору. В транзисторах ширина базы выбирается такой, чтобы время жизни неосновных носителей заряда — дырок было бы значительно больше времени их движения в базе. Таким образом, поДавляю-щее большинство дырок (практически около 99% и более), инжектированных из эмиттера, не успевает рекомбинировать с электронами в базе. Вблизи коллекторного перехода дырки попадают в ускоряющее поле коллекторного перехода и втягиваются в коллектор. Происходит экстракция дырок из базы в коллектор. Электроны же, число которых равно числу ушедших в коллектор дырок, устремляются в базовый вывод. Цепь тока коллектор — база замыкается.

Клеящие лаки (см. клеи) представляют собой коллоидные растворы полимеров, повышенной концентрации и, как правило, высокой вязкости. По технологии применения лаки разделяются на: горячей и холодной сушки.

Топливный цикл. Различные стадии топливного цикла тесно связаны между собой, дорогостоящи и имеют достоинства и недостатки, перекрывающие друг друга на соседних стадиях. На 21 они представлены в виде блок-схемы процесса преобразования окиси урана в гексафторид урана UFe, обогащения его до получения повышенной концентрации делящихся изотопов, изготовления топливных «стержней», переработки использованного топлива и размещения отходов. Заметное влияние на потребность в уране может оказать технологический процесс обогащения. В настоящее время большинство существующих реакторов использует уран, обогащенный в результате диффузии газов. При диффузии газов некоторое количество U2ss попадает в отходы, хвосты. Доля отходов может изменяться в зависимости от цены

Для переключения структуры тиристора из закрытого состояния в открытое используется световой сигнал, передаваемый по световолокон-ному кабелю. Такой принцип управления характерен для высоковольтных приборов с рабочими напряжениями более 5 кВ. Освещение р-базы крайней ячейки квантами света вызывает генерацию электронов и дырок повышенной концентрации. При этом понижается потенциальный барьер в центральном переходе и данная часть структуры переходит в открытое состояние, отпирая в свою очередь многоканальную структуру вспомогательного тиристора (Auxiliary Thynstor). Силовой ток вспомогательной структуры одновременно является управляющим током для основной части прибора, обеспечивая достаточно равномерное и быстрое ее включение. Основные стадии переходного процесса включения будут подробно рассмотрены в соответствующих разделах книги, посвященных вопросам применения тиристорных ключей. Здесь же заметим, что в зависимости от характера нагрузки и уровня переключаемого тока в структуре тиристора реализуются два основных режима. Один из них соответствует высокому уровню инжекции в узкой р-базе, а другой соответственно низкому. Широкая л-база тиристора выполняется, как правило, наиболее высокоомной, и в ней практически всегда реализуется высокий уровень инжекции, характерный для силовых переключателей. Наиболее просто механизм действия положительной обратной связи может быть продемонстрирован на основе двухтранзисторного аналога рассматриваемой структуры, показанного на 2.47. В такой модели коллекторный ток каждого из транзисторов одновременно является базовым током другого. Переключение структуры тиристора в проводящее состояние происходит при выполнении условия, при котором сумма коэффициентов передачи токов транзисторов от эмиттера к коллектору становится равной

родные слои нормальной и повышенной концентрации связующего

В процессе измельчения кремния образуется значительное количество кремниевой пыли с размером частиц < 0,071 мм, которая является горючим продуктом и в определенных условиях в смеси с воздухом образует взрывоопасную смесь. Для предотвращения повышенной концентрации кремниевой пыли в воздухе и создания нормальных условий труда на переделе имеется система с аспирационными местными отсосами от бункера, дробилки, мельниц, кожухов мельниц, течки дробилки, укрытий питателей и пневмонасосов.