Примесный полупроводник

Продление Ингосстрах осаго читать дальше. .

Примесный полупроводник

При рассмотрении собственного полупроводника предполагалось, что его кристаллическая структура идеальна, то есть атомы располагаются точно в узлах пространственной решетки. Зонная теория твёрдого тела показывает, что всякое нарушение периодического потенциала решетки кристалла приводит к возникновению локальных энергетических уровней в запрещенной зоне. Таким нарушением кристаллической структуры могут быть атомы примесей, вакансии, дислокации и др.

Полупроводниковые материалы любой степени очистки всегда содержат атомы примеси, которые создают собственные энергетические уровни, получившие название примесных уровней. Они могут располагаться как в разрешенных, так и в запрещенных зонах. Во многих случаях примеси вводят специально, для придания полупроводнику необходимых свойств.

Пусть в кристалле кремния один атом полупроводника замещён атомом примеси V-ой

Атом мышьяка имеет пять валентных электронов. Четыре из них образуют прочные ковалентные связи с четырьмя ближайшими атомами кремния. Связь пятого валентного электрона с атомом мышьяка существенно ослабляется из-за влияния окружающих атомов кремния. Это приводит к уменьшению энергии, необходимой для отрыва валентного электрона от атома фосфора примерно в 1/eраз (e — диэлектрическая проницаемость полупроводника). На зонной диаграмме энергетический уровень этого электрона располагается вблизи дна зоны проводимости и называется донорным уровнем ED(рис.4 б). Для ионизации атома мышьяка теперь требуется энергия, равная DED= ЕCED, по порядку величины составляющая сотые доли электрон-вольт. Эта энергия сравнима с величиной средней тепловой энергии решетки при комнатной температуре кТ=0,025 эВ. Поэтому под действием тепловых колебаний решетки электрон может перейти с донорного уровня в зону проводимости, создавая примесную электронную проводимость.

Атомы примеси 3 группы периодической таблицы, например бор, создают на зонной диаграмме акцепторные энергетические уровни ЕA, расположенные вблизи потолка валентной зоны (рис. 4 в). Величина энергии ионизации акцепторной примеси DЕA= ЕAEVтакже составляет сотые доли электрон-вольт, поэтому электроны из валентной зоны могут переходить на акцепторные уровни под действием тепловой ионизации (рис.4 г). Это приводит к образованию свободных дырок в валентной зоны и примесной проводимости.

Зонная теория твердых тел

1)      Изучение основ зонной теории твердого тела, статистики носителей заряда в полупроводниках и механизмов рассеяния электронов и дырок в полупроводниках.

2)      Изучение температурной зависимости удельной электропроводности полупроводников в области собственной проводимости и примыкающей к ней области примесной проводимости (интервал температур 300 K — 490 К).

3)      Определение ширины запрещенной зоны полупроводника.

 

2.                   Теоретические сведения

Зонная теория твердых тел

Энергия Е и импульс  свободного электрона могут принимать любые значения. В отсутствии внешних сил они сохраняют свою величину, то есть являются интегралами движения. Связь энергии с импульсом определяется следующим выражением.

 

 

где mмасса свободного электрона;  — волновой вектор электрона; =постоянная Планка, делённая на 2p.

Энергетический спектр электрона в изолированном атоме — дискретный. Состояние электрона в изолированном атоме может быть описано четвёркой квантовых чисел:

        главным n,

        орбитальным l,

        магнитным me,

        спиновым ms.

Согласно принципу Паули в атоме не может существовать двух или более электронов с одинаковой четвёркой квантовых чисел.

Физические свойства твёрдых тел тесно связанны со структурой валентных оболочек атомов. В идеальном кристалле атомы расположены строго в узлах пространственной решетки. При образовании кристалла из изолированных атомов их электронные оболочки перекрываются, что приводит к расщеплению дискретных энергетических уровней в разрешенные энергетические зоны, отделённые друг от друга запрещёнными зонами (рис. 1). Число энергетических уровней в разрешенной зоне для кристаллов с простой кристаллической структурой равно числу атомов в кристалле N.

В отличие от свободного электрона у электрона, находящегося в периодическом поле кристалла, скорость и импульс меняются от точки к точке в весьма широких пределах. Однако если учесть периодический характер потенциала, то из закона сохранения энергии вытекает, что среднее значение скорости и импульса сохраняют в отсутствие внешних полей постоянные значения.

Учитывая это, можно для электрона в кристалле ввести по аналогии со свободным электроном понятие квазиимпульса, определив его следующим соотношением.

,

(2)

При обработке плоскостей существенную роль играет общая про-странственная форма з

При обработке плоскостей существенную роль играет общая пространственная форма заготовки и положение обрабатываемой плоскости относительно других поверхностей заготовки. Плоские наружные торцевые поверхности на деталях типа тел вращения, как правило, обрабатываются на токарных и круглошлифовальных станках последовательно или параллельно с обработкой цилиндрических наружных поверхностей. Лимитирующим моментом в данном случае является возможность подвода режущего инструмента и учет кинематических особенностей оборудования. Обработка внутренних торцевых плоскостей обычно производится на станках токарной группы и расточных станках. Внешние плоские поверхности на деталях типа тел вращения, параллельные или наклоненные к оси заготовки (например, типа лысок, шпоночных пазов, прорезей и т.п.) изготовляют обычно фрезерованием.

Наружные плоскости на деталях, не являющихся телами вращения (корпусных деталях, направляющих, планках, вилках, рычагах и т.п.), обрабатываются в основном фрезерованием и плоским шлифованием. При черновой обработке небольшой партии деталей в таких случаях может быть использовано строгание. Внутренние плоские поверхности в деталях этого типа (окна, пазы, карманы, уступы и т.п.) могут обрабатываться фрезерованием или растачиванием (в случае обработки плоскостей, связанных жесткими требованиями по точности с отверстиями при условии свободного пространства для ввода и поворота оправки с расточным резцом).

Выполнение каждого вида обработки может производиться при различных режимах резания, что обеспечивает получение поверхностей с различной точностью и качеством обработанной поверхности. Различают: черновые (предварительные), получистовые (промежуточные), чистовые (окончательные) и тонкие (точные) операции и переходы. Ориентировочные значения достижимой точности и шероховатости поверхности при

. Выбор методов обработки для отдельных поверхностей детали

При разработке маршрутной технологии и анализе характера обрабатываемых поверхностей на заготовке часто возникает вопрос о выборе вида обработки для их получения. Основными критериями при этом являются технологические возможности отдельных операций и требования, предъявляемые чертежом, по точности и качеству выполняемых поверхностей.

Обработка наружных цилиндрических поверхностей обычно производится на станках токарной и шлифовальной групп. В принципе возможна обработка таких поверхностей с помощью фрезерования с использованием поворотных приспособлений. Однако этот метод является малопроизводительным и дает невысокие результаты по точности и качеству обработанных поверхностей. Фрезерование используется только в случае обработки незамкнутых наружных цилиндрических поверхностей с местными выступами на них, исключающими применение токарной и шлифовальной обработки.

Внутренние цилиндрические поверхности больших размеров ( ǿ > 20 мм), к которым относятся отверстия, выточки, канавки и т.п., обычно получают с помощью токарной, расточной и внутренней круглошлифовальной обработки. Возможно также использование рассверливания, зенкерования и развертывания, но в связи с большими силовыми нагрузками эти виды обработки годятся только для обработки крупногабаритных и жестких заготовок. Отверстия малых размеров (ǿ < 20 мм) обычно получают с помощью сверления, зенкерования и развертывания, причем точность отверстия и качество поверхности увеличиваются при последовательном выполнении этих трех видов обработки.

Внутренние сквозные отверстия сложной поперечной конфигурации (шпоночные пазы в отверстиях, многошлицевые, квадратные или прямоугольные отверстия и т.п.) обычно получают с помощью протяги

В последние годы основное внимание разработчиков интегральных микросхем

В последние годы основное внимание разработчиков интегральных микросхем концентрируется на развитии КМОП-технологии, смешанной биполярной КМОП-технологии (БиКМОП), совершенствовании и разработке новых видов микропроцессоров, интенсивном развитии ИС на арсениде галлия, разработке и освоении технологии многослойных трехмерных СБИС. Разработки ИС сопровождаются непрерывным увеличением числа используемых слоев (до 15) и числа шаблонов (до 20), уменьшением глубины залегания р–n-переходов (до 0,1 мкм), ширины линий (до 0,3 мкм) и толщины подзатворного диэлектрика (до 10 нм). Однако освоение промышленного выпуска СБИС с элементами субмикронных размеров невозможно без кардинального решения проблемы металлизации в них. Дело в том, что с повышением степени интеграции ИС роль металлизации резко возрастает. Она занимает все большую площадь и начинает влиять на основные параметры схем: площадь кристалла, быстродействие, показатель качества, помехоустойчивость, надежность и др.

Если с уменьшением размеров быстродействие логических элементов возрастает, то быстродействие межсоединений системы металлизации снижается из-за уменьшения поперечного сечения проводников межсоединений и соответствующего увеличения погонного сопротивления. В результате, начиная с некоторого уровня интеграции ИС, задержки сигналов в межсоединениях могут превышать задержки в самих логических элементах. С уменьшением поперечного сечения проводников межсоединений появляется и ряд других проблем: снижается электромиграционная стойкость проводников, значительно усложняются технологические приемы травления при создании рисунка проводников с воспроизводимыми размерами и др.

Существенное влияние на параметры полупроводниковых приборов с субмикронными размерами и ИС высокой степени интеграции оказывают омические контакты и контакты Шотки. Так, с уменьшением размеров элементов ИС значительно повышается переходное сопротивление омических контактов. Результаты анализа динамики развития параметров полупроводниковых ИС (табл.1.1) в зависимости от минимального размера элементов со всей очевидностью показывают необхо-


Сборник полезной информации