Img00188

192

Domieszkowanie

3.61.    Przez dodawanie odpowiednich domieszek do fazy ciekłej, w procesie monokrys-talizacji można uzyskać monokryształy domieszkowane donorowo lub akceptorowo. Dla uzyskania półprzewodnika typu n domieszkuje się zazwyczaj fosforem P, a dla uzyskania półprzewodnika typu p — borem B. Metoda ta nie zapewnia jednak bardzo wysokiej jednorodności rozmieszczenia domieszki w całej objętości monokryształu, wymaganej szczególnie przy produkcji niektórych urządzeń półprzewodnikowych, jak wysokonapięciowe tyrystory mocy, wysokonapięciowe diody mocy, układy scalone itp.

Nowoczesna, coraz częściej stosowana metoda transmutacji pozwala na uzyskiwanie bardzo dużej jednorodności rozmieszczenia atomów fosforu (domieszki typu n) w siatce monokryształu krzemu [75], Polega ona na napromieniowaniu wałka monokryształu krzemu strumieniem neutronów w rdzeniu reaktora jądrowego. W wyniku reakcji jądrowych następuje przemiana jądrowa (transmutacja) określonej (zależnej od czasu napromieniania) liczby atomów izotopu krzemu ^Si (zawartość jego w krzemie naturalnym wynosi 3,12%) w stabilny fosfor ^P wg reakcji jądrowej

SSi(».T) SSiJj gP    (3 61-1)

W ten sposób uzyskuje się półprzewodnik typu n. Dzięki zastosowaniu tej metody uzyskano diody i tyrystory na bardzo duże prądy — do 3000 A.

W trakcie napromieniania powstają defekty siatki krystalicznej, które mogą zmieniać właściwości krzemu. Usuwa się je poddając materiał wyżarzaniu w temperaturze ok. 850°C.

W następnej fazie produkcji wałek monokrystaliczny tnie się (zwykle piłą diamentową) na cienkie płytki (o grubości dziesiątych części milimetra). Płytki po obróbce mechanicznej, oszlifowaniu i oczyszczeniu powierzchni domieszkuje się w celu wytworzenia w nich złączy p-n.

3.62.    W produkcji seryjnej złącza krzemowe wytwarza się najczęściej metodą dyfuzji z fazy gazowej, zawierającej związki boru (gdy krzem domieszkowany jest akceptorowo) lub fosforu (gdy krzem domieszkowany jest donorowo). Proces dyfuzji zachodzi w piecu w temperaturze około 1000...1200°C. Jest on stosunkowo łatwy do sterowania. W temperaturze ok. 1000°C wiele atomów Si opuszcza węzły sieci krystalicznej, pozostawiając wakanse do których mogą przenieść się atomy domieszki. Po ochłodzeniu półprzewodnika atomy domieszki zajmują stałe położenia w sieci krystalicznej.

Dyfuzję z fazy stałej w procesie domieszkowania wykorzystuje się w tzw. złączach stopowych, dzisiaj rzadko stosowanych. W latach 50-tych wyprodukowano tą metodą miliony diod i tranzystorów. Na podkładzie podgrzanej próbki Ge, domieszkowanej donorowo, umieszcza się kroplę roztopionego indu. Na styku obu metali powstaje stop, atomy indu dyfundują w głąb germanu, tworząc obszar półprzewodnika