Разработка пакета учебно-прикладных программ по диiиплине "Проектирование интегральных микросхем"
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
в и паразитные элементы (например, ИС для бытовой аппаратуры).
Последовательность операций планарно-эпитаксиальной технологии производства биполярных полупроводниковых ИМС с изоляцией элементов p-n переходами приведена на рис. 2 [2, с.116].
Рис.2. Последовательность операций планарно-эпитаксиальной технологии производства биполярных полупроводниковых ИМС с изоляцией элементов p-n-переходами.
На рис. 2:
- механическая обработка поверхности рабочей стороны Si пластины р-типа до 14-го класса чистоты и травление в парах НС1 для удаления нарушенного слоя;
- окисление для создания защитной маски при диффузии примеси n-типа;
- фотолитография для вскрытия окон в окисле и проведения локальной диффузии в местах формирования скрытых слоев;
- диффузия для создания скрытого n + -слоя;
- снятие окисла и подготовка поверхности перед процессом эпитаксиального наращивания;
- формирование эпитаксиальной структуры;
- окисление поверхности эпитаксиального слоя для создания защитной маски при разделительной диффузии;
- фотолитография для вскрытия окон под разделительную диффузию;
- проведение разделительной диффузии и создание изолированных карманов;
- окисление;
- фотолитография для вскрытия окон под базовую диффузию;
- формирование базового слоя диффузией примеси р-типа;
-окисление;
- фотолитография для вскрытия окон под эмиттерную диффузию;
- формирование эмиттерного слоя диффузией примеси n -типа;
- фотолитография для вскрытия контактных окон;
- напыление пленки алюминия;
- фотолитография для создания рисунка разводки и нанесение слоя защитного диэлектрика.
1.1.4 Структура и принцип действия биполярного транзистора
Транзистор является основным элементом полупроводниковых ИС. Это объясняется не только наиболее широким применением транзисторов вообще, но и тем, что все остальные элементы (диоды, резисторы, конденсаторы) формируются на основе полупроводниковых материалов областей транзисторной структуры.
Структура n-p-n биполярного транзистора приведена в Приложении 4. Название транзистора - биполярный - означает, что в физических процессах, проходящих в этом полупроводниковом приборе, участвуют как электроны, так и дырки. Движение носителей заряда может быть вызвано двумя причинами: наличием градиента концентрации носителей или наличием градиента электрического потенциала. В первом случае возникает диффузия носителей, во втором - дрейф носителей в электрическом поле. Если действуют обе причины, то полный ток носителей состоит из диффузионной и дрейфовой составляющих.
В полупроводнике р-типа основные носители - дырки, в полупроводнике п-типа - электроны. И в электронный, и в дырочный полупроводник могут быть тем или иным способом введены неосновные носители. Процесс введения неосновных носителей называется инжекцией. Предположим для определенности, что в поверхностный слой дырочного полупроводника осуществляется инжекция электронов. Инжектированные электроны благодаря градиенту концентрации начнут диффундировать с поверхности в объем полупроводника. В нем появится электронный ток. Избыточный заряд неосновных носителей - электронов - будет немедленно компенсирован таким же зарядом дырок, притягиваемых к поверхности из глубины полупроводника. Если инжекция неосновных носителей осуществляется постоянно под действием внешнего электрического поля, возникнут потоки электронов и дырок, направленные в разные стороны.
Неосновные носители - электроны - будут двигаться вглубь полупроводника, а основные носители - дырки - в сторону инжектирующей поверхности, вблизи которой происходит интенсивная рекомбинация дырок с электронами. Полный ток в цепи - величина постоянная, поэтому его электронная и дырочная составляющая меняются в разные стороны: с удалением от поверхности электронный ток убывает (из-за рекомбинации), а дырочный ток растет. Вдали от поверхности дырочная составляющая - главная и имеет чисто дрейфовый характер (дырки двигаются в поле, созданном внешним напряжением); наоборот, в непосредственной близости к поверхности ток почти чисто электронный и обусловлен диффузией электронов.
При инжекции электронов в неоднородно легированный полупроводник с внутренним электрическим полем, их диффузия будет сочетаться с дрейфом под действием этого поля. Так как легирование кремниевой пластины донорными или акцепторными примесями при изготовлении микросхем осуществляется с рабочей стороны поверхности, то в полупроводниковых слоях всегда имеется градиент концентрации примеси и движение в них носителей тока является комбинированным [7].
.1.5 Диоды в ППИМС
В качестве диодов в полупроводниковых интегральных ИМС может быть использован любой из p-n переходов транзисторной структуры. Наиболее предпочтительным является вариант использования эмиттерного перехода при замкнутом коллекторном переходе (рис. 3). Эта структура обладает наименьшим временем выключения (10 нc), малой паразитной емкостью, и, следовательно, обеспечивает наибольшее быстродействие, пробивное напряжение составляет 7-8 В. При использовании в качестве диода коллекторного перехода эмиттерная область не формируется, что позволяет уменьшить площадь, занимаемую диодом (Uпр=30-50 В).
Рис. 3. Электрическая схема и структура диода.
Для каждого диода, формируемого на основе перехода коллектор-база, должна быть предусмотрена отде