Transcript Diode difuzate

Tehnologie electronică - Curs 5

Diodele semiconductoare au la bază o joncţiune
p-n prevăzută cu contacte metalice ataşate la
cele două zone. Acest ansamblu este introdus
într-o capsulă din sticlă, material plastic sau
metal cu rol de protecţie şi de transfer al
căldurii degajate în funcţionare. Clasificarea
diodelor semiconductoare se poate face după
tehnologia de fabricaţie şi după domeniul de
utilizare.
Tehnologie electronică - Curs 5
Tehnologie electronică - Curs 5
Diodele
cu
contact
punctiform au la bază o
joncţiune p-n care se
formează între un cristal
de Ge de tip n şi un vârf
metalic (de exemplu:
wolfram sau bronz) aflat
în contact cu acest
cristal
de
material
semiconductor.
Tehnologie electronică - Curs 5

Pentru
îmbunătăţirea
caracteristicilor
joncţiunii, aceste diode se supun unui proces
de formare prin aplicarea unor impulsuri de
curent. Impulsurile de curent de amplitudine
mare (cu valori mai mari decât curentul
nominal) produc încălzirea structurii din jurul
vârfului metalic. în această zonă, prin difuzia
atomilor din metal în cristalul semiconductor,
are loc formarea unei zone de tip p. Vârful
metalic corespunde contactului anodului
diodei, iar materialul semiconductor (n-Ge)
formează catodul.
Tehnologie electronică - Curs 5

Această joncţiune se caracterizează printr-o
suprafaţă mult mai mică comparativ cu alte
tipuri de joncţiuni. Capacitatea echivalentă a
joncţiunii este foarte redusă şi ca urmare aceste
diode pot fi folosite la frecvenţe foarte mari
(sute MHz) în circuitele de comutaţie sau în
cele de detecţie.
Tehnologie electronică - Curs 5

Diodele aliate denumite astfel după tehnologia
alierii, procedeu de impurificare controlată folosit
în special la dispozitivele semiconductoare cu
germaniu, pe baza căreia se realizează joncţiunile
acestor diode. Joncţiunile realizate prin aliere sunt
abrupte,
deoarece
concentraţia
realizată
corespunde "solubilitaţii maxime" a impurităţilor
în materialul semiconductor. Zonele neutre ale
joncţiunilor au lezistenţă redusă, ataşarea
contactelor metalice se face cu uşurinţă. Datorită
productivităţii mici şi a performanţelor modeste
ale dispozitivelor realizate prin aliere, în prezent
acest procedeu are o utilizare limitată.
Tehnologie electronică - Curs 5

O modalitate de realizare a unei joncţiuni p-n de
germaniu, prin tehnologia alierii, cu indicarea
principalelor operaţii se poate urmări în figura 5.
Se folosesc cipuri din germaniu de tip n pe care se
poziţionează materialul de impurificare (mici sfere
de Indiu) de tip p (fig. 5.a). Poziţionarea
materialului de impurificare pe suprafaţa cipului
se realizează prin intermediul unei casete din
grafit. Prin încălzirea ansamblului în jurul
temperaturii de topire a indiului (Tt= 157° C) se
produce o dizolvare parţială a indiului în cristalul
de germaniu, realizând zona de tip p a joncţiunii
(fig. 5.b).
Tehnologie electronică - Curs 5

Regiunea din vecinătatea joncţiunii se
conturează (fig. 5.c) pentru a îmbunătăţii
caracteristica de blocare, respectiv creşterea
tensiunii inverse maxime. Montajul diodei se
realizează
prin
lipirea
cristalului
semiconductor pe grila (ambaza) capsulei (fig.
5.d). Ataşarea contactului la zona p a joncţiunii
se realizează prin topirea superficială a
stratului de indiu (157° C) (fig. 5.e).
Tehnologie electronică - Curs 5

Se face în direcţia stratului mai puţin dopat
pentru a se produce o lărgire a regiunii de
sarcină spaţială. în acest fel intensitatea
câmpului electric la suprafaţă, câmp creat de
sarcinile electrice din zona joncţiunii, se reduce
şi prin acesta creşte tensiunea de străpungere.
Tehnologie electronică - Curs 5
Tehnologie electronică - Curs 5

Diodele difuzate cu siliciu se obţin în urma
unui proces de difuzie de impurităţi acceptoare
(tip p) într-un substrat de tip n sau printr-o
difuzie de impurităţi donoare (tip n) pe un
substrat de tip p. Procesul de fabricaţie are loc
în cadrul tehnologiei planare, tehnologie
specifică siliciului, în care succesiunea de
operaţii se realizează pc aceiaşi faţă a plachetei
semiconductoare
folosind
tehnica
fotolitografică.
Tehnologie electronică - Curs 5

Etapele principale care permit fabricarea unei
diode într-un substrat de siliciu de tip n se pot
urmări în figura 5.2. în prima fază, după
curăţirea substratului placheta de siliciu este
supusă unui proces de oxidare umedă,
obtinându-se un strat de Si02 pe toată suprafaţa
plachetei (fig. 5.2.a).
Tehnologie electronică - Curs 5

1.
2.
3.
Prin procesul fotolitografic 1 se deschide fereastra
de difuzie. Acest proces constă din următoarele
faze:
expunerea (fig. 5.2.b);
developarea fotorezistului (fig. 5.2.c);
corodarea (deschiderea ferestrei de difuzie)
(fig. 5.2.d).
Tehnologie electronică - Curs 5

1.
2.
3.
4.
5.
6.
Prin procesul fotolitografic 2 se urmăreşte realizarea
contactului anodului prin parcurgerea, în
principal, a următoarelor faze:
reoxidarea (fig. 5.2.f);
deschiderea ferestrei de metalizare (fig. 5.2.g);
metalizarea neselectivă cu aluminiu (fig. 5.2.h).
recoacere forming-gaz;
depunere de sticlă de bor - acoperire de
pasivizare;
fotolitografie pentru realizarea deschiderilor
pentru contacte prin stratul de pasivizare.
Tehnologie electronică - Curs 5

1.
2.
3.
Următoarele operaţii ale tehnologiei diodelor
difuzate vizează obţinerea contactelor metalice
ale zonei p (anod) şi a zonei n (catod):
corodarea stratului de aluminiu (fig. 5.2.i);
metalizarea părţii inferioare a substratului
(contact eutectic cu aur);
ataşarea contactului anodului (fig. 5.2.k).
Tehnologie electronică - Curs 5
Tehnologie electronică - Curs 5
Ansamblul
astfel
obţinut
se
introduce într-o capsula specifică
tipului
de
diodă.
Prin tehnologia difuziei se pot realiza
joncţiuni cu suprafeţe suficient de
mari care să permită utilizarea lor în
construcţia
diodelor
redresoare
pentru curenţi mari, dar cu tensiuni
inverse de valori relativ reduse.
Pentru ca joncţiunea difuzată să
funcţioneze la o tensiune inversă Ub
(capabilitatea în tensiune), este
necesară o anumită dopare a
materialului de bază (al substratului)
NBi aşa cum se indică în diagrama
din figura 5.3
Tehnologie electronică - Curs 5
Diode planar epitaxiale constau
dintr-o joncţiune realizată între
un substrat de siliciu de tip n sau
p şi un strat epitaxial depus cu
impurificarea diferită faţă de
substrat.
Tehnologie electronică - Curs 5

Principalele etape ale tehnologiei acestor diode,
în cazul a două variante constructive sunt
prezentate în figura 5.4 (tehnologia tip mesa) şi
în figura 5.5 (epitaxia selectivă). Operaţiile
procesului tehnologic din figura 5.4 cuprind, în
prima fază, depunerea pe placheta de siliciu a
unui strat epitaxial slab dopat (fig. 5.4.a).
Tehnologie electronică - Curs 5

1.
2.
3.
4.
5.
Etapele tehnologice ale producerii unei diode prin
epitaxie, aşa cum sunt ilustrate în figura 5.4
cuprind:
depunerea pe placheta de siliciu a unui strat
epitaxial slab dopat (fig. 5.4.a);
proces fotolitografic prin care se defineşte
geometria structurii (fig. 5.4.b);
corodarea chimică a suprafeţei pentru delimitarea
suprafeţei zonei de tranziţie a structurii p-n (fig.
5.4.c);
înlăturarea fotorezistului (fig. 5.4.d);
metalizarea zonelor de contact (fig. 5.4.e).
Tehnologie electronică - Curs 5

1.
2.
3.
4.
5.
Procesul tehnologic prezentat în figura 5.5
cuprinde etape ale epitaxiei selective: proces fotolitografic care stabileşte "fereastra"
zonei epitaxiale (fig. 5.5.a);
corodare (fig. 5.5.b)
depunerea stratului epitaxial (fig. 5.5.c);
corodarea stratului de Si02 (fig. 5.5.d)
metalizarea neselectivă şi apoi gravarea zonelor
de contact (fig. 5.5.e). Ansamblul astfel obţinut se
fixează pe grila capsulei şi se realizează legăturile
electrice la terminalele capsulei,
Tehnologie electronică - Curs 5
Fig. 5.4
Fig. 5.5
Tehnologie electronică - Curs 5

La realizarea diodelor de putere se folosesc
joncţiuni pn difuzate într-un strat epitaxial.
Difuzia de tip p (cu adâncime de 10 um şi
concentraţie NA=1019 cm3) este realizată în
stratul epitaxial slab dopat (ND=1014 cm3)
depus pe un substrat puternic dopat (ND=1019
cm) de acelaşi tip cu stratul epitaxial . Secţiunea
transversală printr-o joncţiune a unei diode
epitaxial difuzate, alături de simbolul diodei
este prezentată în figura 5.6.
Tehnologie electronică - Curs 5

Asemenea joncţiuni se folosesc la diodele
pentru redresarea curenţilor mari (zeci, sute de
amperi) la tensiuni ridicate (sute ...mii de volţi).
Aria joncţiunii depinde de valoarea curentului
pentru care este destinat dispozitivul.
Suprafeţele joncţiunilor diodelor de putere
folosite la redresarea curenţilor de sute de
amperi ating câţiva cm2, în procesul tehnologic
de obţinere a acestor joncţiuni se folosesc
plachete cu diametre D>100 mm.
Tehnologie electronică - Curs 5
Fig. 5.6 Simbolul şi secţiunea transversală prin
joncţiunea pn a unei diode epitaxial difuzate
Tehnologie electronică - Curs 5

Diode Schottky sunt formate din joncţiuni metal-semiconductor
la care la transportul curentului participă numai purtătorii
majoritari. Conducţia curentului nu se bazează pe un exces de
sarcină electrică, aceasta fiind rezultatul unei emisii
termoelectrice de electroni din metal spre semiconductor şi
invers. Când joncţiunii metal - semiconductor i se aplică o
tensiune, curentul de electroni dintr-o direcţie domină curentul
de electroni de sens opus. Caracteristic pentru diodele Schotky
este făptui că stratui de baraj se găseşte in zona mai puţin
dopată, adică în stratul epitaxial al materialului semiconductor.
Deoarece în metal sarcina negativă a stratului dublu electric
ocupă o grosime foarte mică (grosimea unui strat monoatomic),
datorită concentraţiei mari de electroni din metal, căderea de
tensiune este mai mică decât la joncţiunile semiconductoare
(U<r 0,2...0,3 V).
Tehnologie electronică - Curs 5



Dioda Schottky se obţine prin depunerea unei
pelicule metalice (anodul diodei) pe un stratul
epitaxial de tip n (n-Epi) depus pe un substrat
puternic impurificat (n+ - catodul diodei).
La selecţia metalului se ia în considerare o serie de
criterii cum ar fi: lucru mecanic de extracţie al
electronilor, gradul de aderenţă, rezistenţa la
coroziune.
Pentru obţinerea caracteristicilor electrice necesare
se acţionează asupra potenţialului termoelectric al
anodului (alegerea materialului aflat în contact cu
materialul semiconductor) şi asupra modului de
dispunere a stratului metalic în raport cu stratul
epitaxial.
Tehnologie electronică - Curs 5


Substratul folosit la realizarea diodelor
Schottky este puternic dopat pentru a reduce
rezistenţa la conducţia directă. Grosimea şi
gradul de dopare al stratului epitaxial
determină valorile tensiunii inverse maxime la
fel ca la diodele epitaxiale.
Diodele Schottky se folosesc în circuitele de
redresare, de detecţie şi la cele de mixare la
frecvenţe medii şi mari. Pentru aceasta
materialul substratului este de obicei GaAs,
având în vedere valoarea ridicată a mobilităţii
Tehnologie electronică - Curs 5
Variante constructive de
diode Schottky
a) Varianta planară
b) Tehnologia mesa
inversă
c) Dioda Schottky cu
metalizare dublă
d) Dioda Schottky cu
inel de protecţie
Tehnologie electronică - Curs 5