TRANSISTOR DE PUNTO DE CONTACTO (1947)

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Javier Castro Suárez
hace 7 años
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1 TRANSISTOR DE PUNTO DE CONTACTO (1947) 1

2 NVENTORES: John Bardeen, William Shockley y Walter Brattain 2

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4 Primer Transistor BIPOLAR

5 TIPOS DE TRANSISTORES Se deposita Alumunio para Los contactos Boro se difunde para Crear P+ As o P se difunde para Generar N+ Se crece epitexialmente Se generan por difusión Capa de alta resistividad N (epilayer) => util como aislamien eléctrico ya que el colector esta altos voltajes inversos Presenta Poca resistencia => Sirve de camino entre la Region activa del trt y el Contacto de salida del colector 5

6 FOTOLITOGRAFIA a) Aplicación de la fotoresistencia Radiación UV b) Exposicion de la fotoresistencia a traves de una mascara c) Luego del revelado. La fotorresistencia negativa se polimeriza ante la influencia de la luz => el developer (solución alcalina no podrá removerlo, la situación inversa se presenta en el caso de la fotorresistencia positiva d) Luego de la remoción (etching) del SiO2 mediante ácidos o buferes como el HF 6

7 VSLI website: 7

8 Cuarzo: SiO2 8

9 Arena: 9

10 PRODUCCION de SILICIO 1) Mediante un horno de Arco Eléctrico (la corriente pasa por el material) el dióxido de silicio sufre la reacción de reducción a 1900 C: SiO2 + C Si + CO2. SiO2 + 2C Si + 2CO. El Si se deposita en el fondo del horno = Silicio Grado Metalúrgico (98 % de pureza). POLICRISTALINO 10

11 PURIFICACION: Si + 2 Cl2 SiCl4 (Tetracloruro de Silicio) Silicio grado Metalúrgico 3SiCl4 + Si + 2H2 4HSiCl3 4HSiCl3 3SiCl4 + SiH4 SiH4 Si + 2H2 Reacción de reducción por H Silicio Grado Semiconductor Aun es POLICRISTALINO 11

12 CRECIMIENTO DE CRISTALES Proceso de Crecimiento Czochralki crisol Lingotes De longitudes Hasta 100 cm 12

13 Se corta el lingote con Una sierra de diamante de alta velocidad, Con anchos de aproximadamente 0.4 a 1.0 mm Requiere etapas de para pulir la superficie de la oblea, con abrasivos Como el diamante y luego remocion quimica (etching) => su ancho Se reduce a 1/3 del ancho cuando fue cortada. 13

14 Ventajas de los grandes diámetros de las obleas 14

15 PROCESOS DE FABRICACIÓN Oxidación Difusión Implantación de Iones Fotolitografía Epitaxia Metalización e Interconexiones. 15

16 1.OXIDACIÓN TERMICA O2 ó H2O + Gas portador Se utiliza en los procesos de fabricación planos, con el fin de crear una capa de sio2 que sirve de apantallamiento de las regiones del semiconductor que por ejemplo NO se quieren DOPAR ya que muchos de los dopantes como el BORO, FOSFORO, ARSENICO y ANTIMONIO tienen constantes de DIFUSION muy grandes en el sio2!!! Se Introduce a la cámara de calentamiento: Obleas A) Oxigeno Seco: o2 (Es lento pero las características eléctricas de SiO2 son excelentes) B) Mezcla humeada: O2 + H2O Con el calentamiento ocurre la reacción: Cámara de Calentamiento 16

17 CINETICA DEL CRECIMIENTO de la PELICULA SiO2 Excelente máscara de Difusión para Dopantes comunes 17

18 Técnicas Etching = PROCESO DE REMOCIÓN SELECTIVA de un SC, Metal o SiO2 Existen dos tipos de Etching: 1)Húmedo : Las obleas son inmersas en una solución química a cierta temperatura 2) (Seco) Plasma: Las obleas son inmersas en un plasma gaseoso creado por campos eléctricos en las frecuencias de radio aplicado a un gas como el Argón 18

19 Etching Húmedo. El HF de manera selectiva remueve el SiO2 y NO el Si Desventajas del Etching Húmedo: 1)Falta de Anisotropía 2)Proceso de Control es poco. 3)Excesiva contaminación por partículas NO se utiliza en procesos de fabricación DONDE EL TAMANO es CRITICO 19

20 DIFUSION A) PREDEPOSICION: es el control de la cantidad de Dopante B) Proceso Drive-In : control del proceso de esparcimiento del dopante 20

21 FUENTES DE DOPANTES A) Líquidos: POCL3 = fuente de fosforo Resistencias (calentadores) Tubo de Cuarzo Ventilación Gases que portan El Dopante: O2 y N2 Obleas de Si Bote de Cuarzo Las altas temperaturas (1000 C) hará que las enlaces se quiebren (desaparezcan) y pueda ocurrir la aparición de vacancias para los dopantes. 21

22 b) Dopantes Solidos C) Dopantes Gaseosos D) Spin-Glasses 22

23 DINAMICA DE LA DIFUSIÓN Primera Ley de Fick : J (, t) ( x, t) C x = D = x Mediante la Ecuación de Continuidad: 2 [ D] cm sec 23

24 IMPLANTACIÓN DE IONES Rayo de iones creados provenientes de un gas como el PH3 (que contiene el dopante P) al cual se le ha aplicado una descarga eléctrica. Portador : Campo eléctrico Filtro de Impurezas Campo Magnético Oblea de 300 mm 24

25 25

26 Ventajas de la Implantación de Iones Los Niveles de Dopaje se pueden controlar precisamente mediante ya que el rayo de iones se puede MEDIR COMO UNA CORRIENTE ELECTRICA MEDIANTE EL CONTROL DE LA VELOCIDAD de los iones es posible lograr IMPLANTACIONES a profundidades MUY PEQUEÑAS. Se puede controlar la UNIFORMIDAD del dopaje REQUIERE BAJAS TEMPERATURAS ALTA DEFINICION en el área DOPADA. 26

27 DESVENTAJAS de la Implantación de iones. Daño en el estructura Cristalina: Se requerirá ANNEALING: PROCESO DE RECALENTAMIENTO Del SC en el intervalo de 600 a 1000 C SE recupera la estructura Cristalina Del SC!!! RTA: rapid Thermal Annealing Es posible hacer el proceso de Annealing Mediante Energía optica radiante i.e: las Obleas SC (aisladas termicamente mediante Cuarzo) se impactan mediante esta energía e.g: lámpara de hologena de tungsteno de Λ = 0.3 a 4 µm 27

28 Perdida de Energía en la Implantación de Iones. 1. Colisión entre Núcleos del rayo incidente y núcleos de la red cristalina OCURRE A ALTAS ENERGIAS Del rayo incidente 2. Colisión Núcleo (del rayo) y electrones de la red cristalina. OCURRE A BAJAS ENERGIAS Del rayo incidente 28

29 FOTOLITOGRAFIA El proceso Se realiza a temperatura ambiente 29

30 PASOS en el proceso de FOTOLITOGRAFIA Se ha eliminado el SiO2 30

31 SISTEMAS DE EXPOSICION de OBLEAS Alta resolución Pero produce alta Densidad de defectos en las Obleas por impurezas (polvo) Baja resolución (resolución Por encima de 5 um) pero evita defectos por contaminación Alta resolución Baja densidad de defectos Es el más utilizado actualmente 31

32 CRECIMIENTO EPITAXIAL Típicamente se utiliza cuando se requiere depositar películas (capas) de SC con Dopajes menores que las capas o películas a mayor profundidad, algo que mediante Los procesos de difusión y/o implantación de iones NO es posible realizar: 1. Limpieza de la superficie Mediante químicos como El HCl 2. Deposición del material dopante mediante CVD 32

33 CVD (Chemical Vapor Deposition) 33

34 1. Descomposición del gas 2. Transporte a la superficie de la oblea 3. Adsorción 4. DIFUSION 5. Descomposición 6. Reacción de subproductos (by products) 34

35 METALIZACION 1. Deposición por Evaporación (PVD) Tungsteno Aluminio : su temperatura de fusión es menor que la del aluminio 35

36 2. Deposición por Sputtering (pulverización Cátodica): Ánodo Ioniza el gas Ar Alto voltaje Cátodo 36

37 Para Lograr Contactos OHMICOS: En Si dopado P+ e.g > 10^16 al depositar aluminio forma un buen contacto óhmico. En Si Dopado con N+ al depositar aluminio forma un buen contacto óhmico pero NO si es N (no fuertemente dopado). 37

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