JUNÇÕES EM SEMICONDUTORES. Sumário

Transcrição

1 JUNÇÕES EM SEMICONDUTORES Rodrigo Molgado Rafael Epifanio Paulo da Silva Márcio Aparecido Sumário Introdução Objetivo Tipos de Junções Técnicas de dopagem Tecnologia de fabricação Planar Etapas de fabricação Conclusão 2

2 Introdução O que é um semicondutor? Junções em semicondutores Técnicas de dopagem Implantação Iônica Difusão Térmica 3 Objetivo Descrever os Tipos de Junções Técnicas de Dopagem Demonstrar o processo de fabricação de um Diodo de Junção PN 4

3 Tipos de Junções Junção PN (tipo homojunção) Heterojunção Junção Metal-Semicondutor Junção MOS (Metal-óxido-semicondutor) 5 Técnicas de dopagem Difusão Térmica Baseada no movimento espontâneo das partículas de regiões de alta concentração para regiões de baixa concentração. Assim, as impurezas são introduzidas no Si colocando a lamina a ser dopada em contato com uma fonte rica no elemento dopante. Normalmente a fonte de impurezas é um ambiente gasoso, mas também podem ser utilizadas películas de óxido dopado (SOG) pré-depositadas sobre a lamina de Si. Em ambos os casos, a difusão ocorre em altas temperaturas (entre 800 e 1200 C). Tipicamente é usada na obtenção das junções P-N profundas. 6

4 7 Técnicas de dopagem Implantação Iônica Nesta técnica, íons ou moléculas ionizadas de elementos dopantes são aceleradas num canhão acelerador e feitos colidir sobre o substrato (alvo) a ser dopado. Os íons no feixe possuem, tipicamente, energias da ordem de algumas dezenas de kev e ao colidir com o alvo (lâmina de Si), penetram no semicondutor abrindo caminho entre os átomos do material através de colisões mecânicas sucessivas. Por esse motivo, o processo de Implantação Iônica não requer altas temperaturas, embora processos de pós-recozimento sejam necessários para ativar as impurezas e/ou reconstruir a rede cristalina do alvo. Tipicamente é usada na obtenção de junções P-N rasas. 8

5 9 Técnicas de dopagem Implantação Iônica vs. Difusão Térmica A Implantação Iônica ocorre em baixas temperaturas e envolve tempos mais curtos de processamento, além de apresentar melhor homogeneidade e reprodutibilidade A Implantação Iônica permite um controle preciso das doses implantadas, o que é particularmente importante para baixas concentrações de dopantes. 10

6 Técnicas de dopagem Na implantação podem ser usados, além do SiO2 o Si3N4. A Implantação também pode ser feita através de películas finas de material de mascaramento. Graças ao baixo alcance médio, a Implantação Iônica é ideal para dopagens rasas e com altos gradientes de concentração. Varias Implantações com diferentes doses e energia podem ser realizadas em seqüência. Isto permite ajustar e otimizar os perfiz de concentração de dopantes. A implantação provoca danos na estrutura do substrato. 11 Tecnologia de Fabricação Planar Evolução: Invenção do Transistor 1948 Tecnologia Planar 1960 Principais Métodos: Difusão e Implantação Iônica 12

7 Etapas da Fabricação Etapa 1: Preparação da pastilha semicondutora 13 Etapas da Fabricação Etapa 1: Cristal de Silício crescido por impurezas n + 14

8 Etapas da Fabricação Etapa 2: Crescimento da camada epitaxial 15 Etapas da Fabricação Etapa 3: Formação da camada de óxido SiO 2 16

9 Etapas da Fabricação Etapa 4: Fotolitografia 17 Etapas da Fabricação Etapa 5: Abertura da janela na camada de óxido 18

10 Etapas da Fabricação Etapa 6: Deposição de filmes metálicos para os contatos externos 19 Conclusão A tecnologia Planar é empregada para fabricar um simples diodo de junção, ou um transistor com várias junções, ou um complexo circuito integrado contendo milhares de diodos e transistores na mesma pastilha de Silício e com o progresso das técnicas de fabricação das junções PN, será possível produzir componentes cada vez menores. 20