LA UNIÓN PN TÉCNICAS DE FABRICACIÓN
Existen diversos métodos de fabricación de uniones pn. Entre los mas conocidos tenemos: unión de aleación, unión tipo mesa difundida, unión de plana difundida sobre sustrato epitaxial, Implantación iónica, etc.
unión de aleación
Es un proceso mediante el cual se parte de un material semiconductor sobre el que se coloca un material dopante y se calienta el conjunto hasta que reaccionan los dos materiales
a) aleación de aluminio sobre silicio tipo n b) fusión de a) c) sección transversal después del proceso
En este momento se puede hacer una clasificación según sea el tipo de material semiconductor:
-Semiconductor intrínseco, es un semiconductor puro, es decir, no ha sido dopado con impurezas ni aceptoras ni donadoras lo que quiere decir que su estructura cristalina es totalmente homogénea.
-Semiconductor extrínseco, es un material semiconductor puro al que se le introducen de forma controlada (dopado) impurezas donadoras (átomos que ceden electrones libres) o impurezas aceptoras (átomos que "generan" un hueco)
-Semiconductor intrínseco, es un semiconductor puro, es decir, no ha sido dopado con impurezas ni aceptoras ni donadoras lo que quiere decir que su estructura cristalina es totalmente homogénea.
-Semiconductor extrínseco, es un material semiconductor puro al que se le introducen de forma controlada (dopado) impurezas donadoras (átomos que ceden electrones libres) o impurezas aceptoras (átomos que "generan" un hueco)
 | |
| |
Material semiconductor (Si) dopado con impurezas donadoras (P)
Cada átomo de silicio tiene cuatro electrones de valencia. Se requieren dos para formar el enlace covalente. En el silicio tipo n, un átomo como el del fósforo (P), con cinco electrones de valencia, reemplaza al silicio y proporciona electrones adicionales. En el silicio tipo p, los átomos de tres electrones de valencia como el aluminio (Al) provocan una deficiencia de electrones o huecos que se comportan como electrones positivos. Los electrones o los huecos pueden conducir la electricidad.
 | | | |  | | | | |
| | | | | | | | |
| | | | | | | |
Silicio tipo P y silicio tipo N separados
Se pueden introducir ahora algunas características importantes de la union semiconductora :
- Concentración volumétrica de portadores libres, esta cantidad es la que indica si el material tratado es conductor, semiconductor o aislante- La conductividad eléctrica, que es la capacidad de conducir la corriente eléctrica cuando se aplica una diferencia de potencial, es una de las propiedades físicas más importantes.
- La movilidad, es la capacidad que tienen los portadores de carga para desplazarse dentro del material semiconductor. Esta propiedad varia con la temperatura de forma inversamente proporcional. La ecuación que une estas definiciones es:
Donde - σ es la conductividad expresada en (1/Ω cm)
- c es la concentración volumétrica en cm-3
- q es la carga del electrón que es 1.6x 10-19 C
- μ es la movilidad de los portadores en cm2 / Vs
A temperaturas muy bajas, los semiconductores puros se comportan como aislantes. Sometidos a altas temperaturas, mezclados con impurezas o en presencia de luz, la conductividad de los semiconductores puede aumentar de forma espectacular y llegar a alcanzar niveles cercanos a los de los metales.
Antes de definir las ecuaciones que relacionan todos estos conceptos de dopado, es importante definir unos conceptos básicos para la correcta interpretación del funcionamiento interno del material.
-Portadores mayoritarios y portadores minoritarios, en el caso de un semiconductor tipo n, los electrones son mayoritarios y los huecos son minoritarios, y al contrario sucederá en un semiconductor tipo p.
Semiconductor tipo n:
n = p + N+D ≅ p + ND
- en el caso de dopado tipo n la concentración de impurezas será mucho mayor que la concentración
intrínseca del material luego : n ≅ ND
De forma idéntica se obtiene para el semiconductor tipo p: p ≅ NA
n – numero de electrones libres
p – numero de huecos
NA concentración de impurezas aceptoras en el semiconductor
ND concentración de impurezas donadoras en el semiconductor
N+D concentración de impurezas donadoras ionizadas
En un semiconductor intrínseco se tiene la misma cantidad de electrones que de huecos, por lo tanto:
n = p = ni , donde ni es la concentración intrínseca del material
Antes de definir las ecuaciones que relacionan todos estos conceptos de dopado, es importante definir unos conceptos básicos para la correcta interpretación del funcionamiento interno del material.
-Portadores mayoritarios y portadores minoritarios, en el caso de un semiconductor tipo n, los electrones son mayoritarios y los huecos son minoritarios, y al contrario sucederá en un semiconductor tipo p.
Semiconductor tipo n:
n = p + N+D ≅ p + ND
- en el caso de dopado tipo n la concentración de impurezas será mucho mayor que la concentración
intrínseca del material luego : n ≅ ND
De forma idéntica se obtiene para el semiconductor tipo p: p ≅ NA
n – numero de electrones libres
p – numero de huecos
NA concentración de impurezas aceptoras en el semiconductor
ND concentración de impurezas donadoras en el semiconductor
N+D concentración de impurezas donadoras ionizadas
En un semiconductor intrínseco se tiene la misma cantidad de electrones que de huecos, por lo tanto:
n = p = ni , donde ni es la concentración intrínseca del material
Unión tipo mesa difundida
uEl proceso de difusión sólida comienza con el "deposito" de impurezas aceptoras en un sustrato tipo n y se calientan los dos hasta que la impureza se difunde en el sustrato hasta formar la capa tipo p.
uEn el proceso de difusión gaseosa, un material tipo n se sumerge en una atmósfera gaseosa de impurezas aceptoras y luego se calienta. La impureza se difunde en el sustrato para formar la capa tipo p del diodo semiconductor. También pueden intercambiarse los papeles de los materiales tipo p y n. el proceso de difusión es el que se utiliza más en la actualidad para la fabricación de diodos semiconductores discretos.
Plana difundida sobre sustrato epitaxial
El término epitaxial se deriva de las palabras griegas epi, que significa "sobre", y taxis, que significa "arreglo". Una oblea base de material n+ se conecta a un conductor metálico. La n+ indica un nivel de dopado muy alto para una característica de resistencia reducida. Su propósito es actuar como una extensión semiconductora del conductor y no como el material tipo n de la unión p-n. La capa tipo n se depositará sobre esta capa usando un proceso de difusión. Esta técnica de utilizar una base n+ da al fabricante ventajas definitivas de diseño. Luego se aplica el silicio tipo p usando una técnica de difusión y se agrega el conector metálico del ánodo.
.
Implantación iónica
uSe ionizan las impurezas
uSe aceleran y adquieren alta energía
uSe introducen en el Si con el ángulo adecuado
uAnnealing: se somete la oblea a un recocido para reordenar al estructura
uMejor control de la difusiones profundidad y dopado
http://www.scribd.com/doc/6665314/Presentacion-3
http://ve.blackberry.com/devices/?CPID=KNC-SEMD_rimggl89400000000499t&HBX_PK=rimggl89400000000499t&
Jose Leonardo Moncada Torres
C.I 18878408
EES
No hay comentarios:
Publicar un comentario