Реферат: Электронные компоненты

При равновесных условиях на p⁺ -n⁺ переходе токи слева и справа друг друга уравновешивают: I_C→V = I_V→C .

При подаче напряжения туннельные токи слева и справа друг друга уже не уравновешивают:

Здесь f_C , f_V - неравновесные функции распределения для электронов в зоне проводимости и валентной зоне.

Для барьера треугольной формы получено аналитическое выражение для зависимости туннельного тока J_тун от напряженности электрического поля Е следующего вида:

За напряженность электрического поля пробоя E_пр условно принимают такое значение поля Е, когда происходит десятикратное возрастание обратного тока стабилитрона: I_тун = 10·I₀ .

При этом для p-n переходов из различных полупроводников величина электрического поля пробоя E_пр составляет значения: кремний Si: E_пр = 4·10⁵ В/см; германий Ge: E_пр = 2·10⁵ В/см. Туннельный пробой в полупроводниках называют также зинеровским пробоем.

Оценим напряжение U_z , при котором происходит туннельный пробой. Будем считать, что величина поля пробоя E_пр определяется средним значением электрического поля в p-n переходе E_пр = U_обр /W. Поскольку ширина области пространственного заряда W зависит от напряжения по закону

,

то, приравнивая значения W из выражений

,

получаем, что напряжение туннельного пробоя будет определяться следующим соотношением:

Рассмотрим, как зависит напряжение туннельного пробоя от удельного сопротивления базы стабилитрона. Поскольку легирующая концентрация в базе N_D связана с удельным сопротивлением ρ_базы соотношением N_D = 1/ρμe, получаем:

Из уравнения (4.21) следует, что напряжение туннельного пробоя U_z возрастает с ростом сопротивления базы ρ_базы .

Эмпирические зависимости напряжения туннельного пробоя U_z для различных полупроводников имеют следующий вид:

германий (Ge): U_z = 100ρ_n + 50ρ_p ;

кремний (Si): U_z = 40ρ_n + 8ρ_p ,

где n, p - удельные сопротивления n - и p-слоев, выраженные в (Ом·см).

3. Надежность металлизации и контактов интегральных схем. Характеристика и параметры надежности

Осаждение тонких металлических пленок для создания законченной структуры интегральной схемы с соединениями требует решения многих сложных проблем. В большинстве случаев металлизация осуществляется с применением процесса фотолитографии, т.е. на фоторезисте создается рисунок соединения, определяющий участки, с которых металл должен быть удален и в которых должен быть оставлен. Последовательность нанесения слоя фоторезиста и металла может быть изменена.

Разрыв металлической пленки. Обычно на слое фоторезиста создают требуемый рисунок соединений и затем на всю поверхность пластины осаждают пленку металла, удаляемую с участков, на которых имеется фоторезист, совместно с последним. Если пленка металла относительно толстая и непрерывна по всей поверхности пластины, в ней могут возникнуть разрывы и зазубрины на краях, как показано на рис.3.1 Это само по себе не выдвигает новых проблем, если отдельные частицы металла остаются на пластине.

В ряде случаев сначала наносят на всю поверхность пластины металлическую пленку, а затем уже фоторезист. Металл стравливают с участков, где он нежелателен. Этот процесс менее распространен из-за проблем, связанных с химическими реакциями и адгезией металла к подложке.

Рисунок 3.1 - Диффузионные выбросы и зазубрины в металлической пленке (1000-кратное увеличение).

Адгезия металла. Если адгезия металлической пленки к чистому кремнию, окисному покрытию и тонкопленочным компонентам неудовлетворительна, то металл может легко отрываться и обдираться. Обычно с кремнием используется алюминий и золото. Однако у золота плохая адгезия к SiO₂ , тогда как у алюминия она удовлетворительна и, следовательно, алюминий более широко применяется при изготовлении интегральных схем. Однако применение алюминия имеет и недостатки.

Адгезия алюминия к пленке двуокиси кремния улучшается при небольшом повышении температуры вследствие образования на границе раздела слоя А1₂ О₃ - SiO₂ Поэтому для получения хорошей адгезии пластины в процессе осаждения алюминия следует нагревать. При избыточном нагреве процесс образования соединения А1₂ О₃ - SiO, протекает очень быстро, причем алюминий проходит через стекло и сплавляется с кремнием. Это явление особенно опасно в тех случаях, когда поверхность кремниевой пластины защищена тонким слоем стекла, как, например, в некоторых МОП-конденсаторах.