Выбор и обоснование конструктивных и технологических матриалов
Для изготовления полупроводниковых интегральных схем используют в большинстве случаев пластины монокристаллического кремния p- или n- типа проводимости, снабженными эпитаксиальными и так называемыми “скрытыми” слоями. В качестве легирующих примесей, с помощью которых изменяют проводимость исходного материала пластины, применяют соединения бора, сурьмы, фосфора, алюминия, галлия, индия, мышьяка, золота. Для создания межсоединений и контактных площадок используют алюминий и золото. Применяемые материалы должны обладать очень высокой чистотой: содержание примесей в большинстве материалов, используемых при изготовлении полупроводниковых микросхем, не должно превышать 10-5...10-9 частей основного материала.
Изменяя определенным образом концентрацию примесей в различных частях монокристаллической полупроводниковой пластины, можно получить многослойную структуру, воспроизводящую заданную электрическую функцию и до известной степени эквивалентную обычному дискретному резистору, конденсатору, диоду или транзистору. [1, стр. 24-25].
Необходимо отметить, что материал используемый для изготовления интегральной микросхемы должен определятся параметрами зависящими от свойств материала, а именно: оптических, термических, термоэлектрических, зонной структуры, ширины запрещённой зоны, положения в ней примесных уровней и т. д. Немаловажное значение играют электрические свойства полупроводникового материала: тип электропроводности, концентрация носителей заряда и их подвижность, удельное сопротивление, время жизни неосновных носителей заряда и их диффузионная длина.
К основным требованиям, которым должны удовлетворять все материалы, используемые в производстве интегральных МС, относятся:
1. стойкость к химическому воздействию окружающей среды;
2. монокристаллическая структура;
3. однородность распределения;
4. устойчивость к химическим реагентам;
5. механическая прочность, термостойкость;
6. устойчивость к старению и долговечность.
Важным фактором, который должен учитываться при определении возможности применения какого-либо материала или технологического процесса производства ИМС, является его совместимость с другими применяемыми материалами [1, стр.24,25, 27].
Приведем параметры некоторых проводящих материалов и параметры некоторых полупроводниковых материалов.
Таблица 2.1 - Физические и электрические параметры проводящих материалов[6]
Величина
Перечень материалов
Алюминий
Золото
Медь
Никель
Олово
Свинец
Серебро
Плотность,
103кг/м3
2,7
19.3
8.9
8,9
7,3
11,4
10.5
Удельная теплоемкость,
кДж/(кг*К)
0,92
0,13
0,38
0,5
0,25
Температура плавления,
ºС
660
1064
1083
1455
232
327
960
Удельная теплота плавления,
кДж/кг
380
66,6
175
-
58
25
87
Предел прочности ГПа
0,24
0.027
0,016
0,14
Удельное сопротивления ,10-8
Ом*м
2,8
1,7
12,0
21,0
1,6
Температурный коэффициент сопротивления,
*10-3 ºС-1
4,2
4,3
6,5
4,9
3,7
4,1
Модуль Юнга
*1010 Па
7
12
Таблица. 2.2 - Основные свойства некоторых полупроводниковых материалов[5, стр. стр. 135]
Параметр и единица измерения
Полупроводниковые материалы
Кремний
Германий
Арсенид
галлия
Антимонид индия
Карбид кремния
Атомная молекулярная масса
28,1
72,6
144,6
118,3
40,1
Плотность, г/см-3
2,.33
5,32
5,4
5,78
Концентрация атомов ∙10 22, см-3
5
4,4
1,3
1,4
4,7
Постоянная решетки, нм
0,543
0,566
0,563
0,648
0,436
Температура плавления,°С
1420
937
1238
520
2700
Коэффициент теплопроводности, Вт/(см∙К)
1,2
0,586
0,67
0,17
0,084
Удельная теплоемкость, Дж/(г∙К)
0,76
0,31
0,37
1,41
0,62…0,75
Подвижность электронов, см2/(В∙с)
1300
3800
8500
77000
100..150
Подвижность дырок, см2/(В∙с)
470
1820
435
700
20…30
Относительная диэлектрическая проводимость
16
11
Коэффициент диффузии электронов, см2/c
33,6
98
220
2200
2,6…3,9
Коэффициент диффузии дырок, см2/с
12,2
47
11,2
18
0,5…0,77
Ширина запрещенной зоны, эВ (Т = 300 К)
1,12
0,18
3,1
Таблица 2.3 - Ширина запрещенной зоны (в эВ) элементарных полупроводников (при T=300K) [5, стр. 134]
Элемент
Э
Бор
1.1
Углерод (алмаз)
5.6
1.12
0.0665
0.08
Фосфор
1.5
Мышьяк
1.2
Сурьма
0.12
Сера
2.5
Селен
1.8
Тейлур
0.36
Йод
1.25
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13