Full resolution (JPEG) - On this page / på denna sida - 1962, H. 22 - Halvledarkomponenters teknologi, av Per Svedberg
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
Below is the raw OCR text
from the above scanned image.
Do you see an error? Proofread the page now!
Här nedan syns maskintolkade texten från faksimilbilden ovan.
Ser du något fel? Korrekturläs sidan nu!
This page has never been proofread. / Denna sida har aldrig korrekturlästs.
101-
r Borkoncentration
<-v
Fosforkoncentrafion
Atomer/cm3
tO13
Avstånd från ytan
Fig. 8. Fosforkoncentrationen vid indiffusion av
fosfor i bordopad kiselkristall och diffusionstiderna t,
och 2 tt.
För att beskriva hastigheten definierar man
en diffusionskonstant på samma sätt, som vid
diffusionen av hål och elektroner i en
transistor. Om man antar, att koncentrationen av
det diffunderande ämnet hålls konstant vid
kristallens yta, kan koncentrationen efter tiden
t och på avståndet x från ytan beskrivas med
ett uttryck, som för tillräckligt stort djup kan
approximeras till
C^Cy exp (~x*/4Dt)
(1)
Fig. 9.
Anläggning för
diffusion av fosfor i
kisel från
fos-forpentoxid i
gasform.
där C är dopämnets koncentration på djupet x
från ytan, Cy dopämnets ytkoncentration, D
diffusionskonstanten och t diffusionstiden.
Koncentrationen sjunker således snabbt på
distanser större än 2]/Dt. Låter man t.ex.
fosfor, som är ett n-dopande ämne, diffundera in
i bordopat p-ledande kisel, får man, om
fosforkoncentrationen överstiger
borkoncentratio-nen, ett n-ledande skikt intill ett visst djup från
kiselytan, fig. 8. Det uppstår på detta djup xvn
en pn-övergång, vars läge kan beräknas ur
ekv. (1), om man antar, att
borkoncentratio-nen är Cv och att fosforkoncentrationen vid
ytan Cy är mycket större än Cv. Man får
Xpn — 2]/Dt log Cy/Cv (2)
Man brukar kalla detta djup för fosforskiktets
02*P205Ut
diffusionsdjup. Fyra faktorer påverkar således
diffusionsdjupet: diffusionskonstanten D, som
i sin tur är beroende av temperaturen,
diffusionstiden t, ytkoncentrationen Cy och
borkon-centrationen Cv.
Olika metoder kan användas för att överföra
det dopande ämnet till kristallytan. Man kan
utsätta kristallytan för ångorna av det dopande
ämnet eller någon lämplig kemisk förening,
där ämnet ingår, eller också kan man anbringa
ämnet eller en förening därav direkt på
kristallens yta genom målning e.d.
Vid framställning av kiseldioder har man
hittills främst använt metoden att i en rörugn,
fig. 9, leda en gasblandning av en bärargas och
fosforpentoxid eller boroxid, beroende på om
man vill åstadkomma n- eller p-dopning, över
en sats kiselskivor, som hålls vid 1 100—
1 300°C.
Fosforpentoxiden, som har 1,33 mb ångtryck
redan vid 200°C, förgasas i en särskild förugn,
som ställs in på sådan temperatur, att
fosfor-pentoxidkoncentrationen i gasblandningen blir
lämplig. Boroxiden måste värmas till minst
1 200°C för att få tillräckligt högt ångtryck,
och man placerar därför boroxid i en skål
omedelbart framför eller vid kiselskivorna.
Sedan kristallskivorna givits den rätta
tjockleken genom läppning och etsning, placeras de
i en ugn för fosfordopning. Med syrgas som
bärargas leds fosforpentoxid över
kiselskivorna vid 1 300°C under ca 30 min. Syrgasen skall
passivera kiselytan med ett tunt kiseloxidskikt,
så att kiseln ej förångas. Fosforpentoxiden
reagerar med kiseloxiden och kiseln, så att ett
fosforsilikatglas bildas. Från detta skikt börjar
sedan fosfor att diffundera in i den rena kiseln.
Efter denna process avlägsnas fosforskiktet
från ena sidan av kiselskivan, varefter
skivorna införs i borugnen. I denna används ren
kvävgas som bärargas. Den nyss rengjorda
sidan oxideras därför ej och boroxidångorna kan
där reagera med kiseln, så att man får ett
boro-silikatglas. Boroxiden förmår dock ej tränga
igenom fosforsilikatglaset, som därför tjänstgör
som en effektiv maskering. Därefter får bor
och fosfor från var sin sida diffundera in till
lämpligt djup vid en fortsatt värmebehandling.
Efter avslutad diffusion kan oxidskiktet lätt
lösas bort, och kvar har man kiselskivan med
ett fosfordopat skikt på ena sidan och ett
bordopat på den andra. Diffusionsprocessens
stora fördel är, att man kan behandla stora ytor
och ändå få en noggrann kontroll över
pn-över-gångens läge i kristallen. Man kan därför hålla
snäva toleranser på diffusionsskiktens lägen.
Fördelen med att stora skivor kan behandlas
är särskilt uppenbar vid framställning av
dioder för små och medelstora effekter, då flera
diodelement sedan kan tas ut ur varje skiva.
En svårighet, som uppträder speciellt vid
användningen av diffusionsprocessen till dioder
för mycket höga spänningar, mer än 1 000 V,
och till transistorer, är att störämnen, som
sänker laddningsbärarnas livslängd, också lätt
vandrar in i kristallen. I en diod medför en li-
TEKNISK TIDSKRIFT 1962 H. 22 (JQ3
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
