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 |
0,13 |
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 |
0,25 |
- |
0,24 |
- |
0.027 |
0,016 |
0,14 |
|
Удельное сопротивления ,10-8 Ом*м |
2,8 |
- |
1,7 |
7,3 |
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 |
- |
- |
1,7 |
- |
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 |
5,32 |
|
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 |
12 |
16 |
11 |
16 |
7 |
|
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 |
0,67 |
1,41 |
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 |
|
Кремний |
1.12 |
|
Германий |
0.0665 |
|
Олово |
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
