TECHNOLOGIE POLOVODIČŮ TECHNOLOGIE VÝROBY TRANZISTORŮ A JEJÍ VLIV NA PARAMETRY

TRANZISTORY OBECNĚ ROZDĚLENÍ TRANZISTORŮ 1. BIPOLÁRNÍ TRANZISTORY (BPT) - SE STRUKTUROU NPN - SE STRUKTUROU PNP 2. UNIPOLÁRNÍ TRANZISTORY (UPT) řízené polem – FET a) PODLE VODIVOSTI KANÁLU - S KANÁLEM N - S KANÁLEM P b) PODLE PROVEDENÍ KANÁLU - JFET - S PŘECHODOVÝM HRADLEM - MOS FET S VODIVÝM KANÁLEM - MOS FET S INDUKOVANÝM KANÁLEM MOS (MIS) – TRANZISTORY S IZOLOVANÝM HRADLEM MOS - VODIVÝ KANÁL N JFET S KANÁLEM N MOS - INDUKOVANÝ KANÁL P G C ECEC ECEC G G E NPN PNP C ECEC E B B

BIPOLÁRNÍ TRANZISTORY VÝCHOZÍ MATERIÁL – POLOVODIČ S VODIVOSTÍ PODLE STRUKTURY BUDOUCÍHO TRANZISTORU PŮVODNÍ MATERIÁL – Ge, V SOUČASNÉ DOBĚ PŘEVLÁDÁ Si, (Ge pro vvf ) PRO SPECIÁLNÍ VF TRANZOSTORY TAKÉ GaAs TECHNOLOGIE A DRUH POLOVODIČE ROZHODUJE O VÝSLEDNÝCH VLASTNOSTECH TRANZISTORŮ, NAPŘ.: - TLOUŠŤKA BÁZE – OVLIVŇUJE PROUDOVÝ ZESILOVACÍ ČINITEL A MEZNÍ KMITOČET - PLOCHA PŘECHODU B-C – OVLIVŇUJE KAPACITU PŘECHODU A TÍM fm - DOTACE POLOVODIČE KOLEKTORU – OVLIVŇUJE I CE0 A U CEsat S VÝSLEDNÝMI VLASTNOSTMI SOUVISÍ MOŽNOST VYUŽITÍ JEDNOTLIVÝCH DRUHŮ TRANZISTORŮ

PŘI VÝROBĚ BPT SE UPLATŇUJÍ VŠECHNY TECHNOLOGIE PRO VYTVOŘENÍ PŘECHODU PN KONSTRUKČNÍ USPOŘÁDÁNÍ A VÝSLEDNÉ PROVEDENÍ ZÁVISÍ NA APLIKACÍCH TRANZISTORŮ - VÝKONOVÉ TRANZISTORY – KOVOVÉ POUZDRO PRO ODVOD TEPLA - PRO MALÉ VÝKONY – PLASTOVÉ NEBO KOVOVÉ POUZDRO - VF TRANZISTORY – CO NEJKRATŠÍ PŘÍVODY SLITINOVÁ TECHNOLOGIE w EB PODLE STRUKTURY BÁZE P nebo N, E A C BUDE MÍT OPAČNOU VODIVOST W – ŠÍŘKA BÁZE ~ 10-50µm C PŮVODNÍ TECHNOLOGIE VÝROBY TRANZISTORŮ ZÁKLADNÍ ČÁST – KRYSTAL POLOVODIČE P NEBO N = BÁZE NA NÍ Z OBOU STRAN SLITINOVÉ PŘECHODY PN = E A C TRANZISTORY LEVNÉ, VELKÁ ZÁVĚRNÁ NAPĚTÍ PŘECHODŮ PN NEVÝHODY = VELKÁ ŠÍŘKA BÁZE – MALÝ MEZNÍ KMITOČET – MALÝ ZESILOVACÍ ČINITEL NEJVĚTŠÍ PROBLÉM – ŠPATNÁ REPRODUKOVATELNOST TRANZISTORŮ STEJNÉHO TYPU KVŮLI ŠÍŘCE BÁZE (TZV. VELKÝ VÝROBNÍ ROZPTYL PARAMETRŮ) ŘEŠENÍ – TRANZISTRY SE MĚŘILY A TŘÍDLY PODLE PARAMETRŮ = ZESILOVACÍ ČINITEL (10X NU 70 … 10x NU 71) = MEZNÍ KMITOČET (15X NU 70)

SLITINOVĚ DIFUZNÍ TECHNOLOGIE TECHNOLOGIE MESA EB C ZÁKLADNÍ DESTIČKA - POLOVODIČ P, DO KTERÉ JE DIFÚZÍ PROVEDENA OBLAST N – BÁZE. DO BÁZE JE SLITINOVĚ PROVEDENA OBLAST P+ - EMITOR. OPAČNOU STRANOU JE DESTIČKA NEUSMĚRŇUJÍCÍM KONTAKTEM PŘIPOJENA NA KOVOVOU PODLOŽKU PRO ODVOD TEPLA. ŠÍŘKA BÁZE 2-10µm – FREKVNCE DESÍTKY MHz ODVOD TEPLA – VÝKONOVÉ TRANZISTORY w KOV P P+ N SLITINOVĚ DIFÚZNÍ TRANZISTORY MAJÍ VELKOU PLOCHU PŘECHODU B-C, JEHO KAPACITA BRÁNÍ DALŠÍMU ZVYŠOVÁNÍ MEZNÍHO KMITOČTU. TRANZISTOR MESA JE SLITINOVĚ DIFÚZNÍ, ALE EMITOR A BÁZE JSOU UMÍSTĚNY CO NEJBÍŽ K SOBĚ A KE STŘEDU A ZBÝVAJÍCÍ ČÁST PŘECHODU B-C SE ODLEPTÁ MEZNÍ FREKVENCE AŽ NĚKOLIK SET MHz TRANZISTORY PRO VŠEOBECNÉ POUŽITÍ, NE VÝKONOVÉ EB C KONSTRUKČNÍ USPOŘÁDÁNÍ VÝKONOVÝCH TRANZISTORŮ E B C

PLANÁRNÍ TECHNOLOGIE N SiO2 N MASKA N SiO2 MASKA N SiO2 MASKA N SiO2 MASKA N SiO2 MASKA N SiO2 MASKA N SiO2 P PP P P P P N N NN B E C TECHNOLOGIE SPOČÍVÁ V POSTUPNÉM VYTVÁŘENÍ STRUKTUR V ZÁKLADNÍ DESTIČCE 1– povrch se oxidací pokryje ochrannou vrstvou SiO2 2,3 – pomocí masky se odleptá okénko pro difúzi báze a provede se difuze a znovu oxidace 4,5 – přes další masku se odleptá okénko, provede se difuze emitoru a opět oxidace 6,7 – s další maskou se odleptají okénka pro napaření elektrod báze a emitoru 8– konečná podoba planárního tranzistoru – kromě elektrod je povrch polovodiče opatřen ochrannou vrstvou SiO2, tranzistor má velmi stabilní vlastnosti B a E JSOU PROVEDENY DIFÚZÍ S MALOU ŠÍŘKOU BÁZE, DOBRÁ REPRODUKOVATELNOS,T VYSOKÝ MEZNÍ KMITOČET ( ~ 10E8 MHz) A ZESILOVACÍ ČINITEL (~ 10E2). OCHRANNÁ OXIDOVÁ VRSTVA – MINIMÁLNÍ ŠUM, MÁLO DOTOVANÝ KOLEKTOR – VELMI MALÝ I CE0 NEVHODNÉ PRO SPÍNACÍ ÚČELY – VELKÝ ODPOR KOLEKTORU – VELKÉ U CEsat

DIFUZNĚ EPITAXNÍ TECHNOLOGIE PLANÁRNÍ EPITAXNÍ TECHNOLOGIE N + N P N E B C SiO2 NA BÁZI PLANÁRNÍ TECHNOLOGIE SE MASKOVÁNÍM, OXIDACÍ, LEPTÁNÍM A DALŠÍMI PROCESY VYTVOŘÍ NA ZÁKLADNÍ DESTIČCE EPITAXNIM NARŮSTÁNÍM TENKÁ VRSTVA N KOLEKTORU DO NÍ JE POSTUPNĚ JAKO U PLANÁRNÍHO TRANZISTORU DIFÚZÍ PROVEDENA BÁZE A DO BÁZE OPĚT DIFÚZÍ SILNĚ DOTOVANÝ EMITOR OCHRANNÁ VRSTVA SiO2 – ZAJIŠTĚNÍ STABILITY PARAMETRŮ PROTI MESA VĚTŠÍ ZESÍLENÍ, MENŠÍ TOLERANCE PARAMETRŮ, PROTI PLANÁRNÍMU TRANZISTORU LEPŠÍ SPÍNACÍ PARAMETRY E B P N N N + TRANZISTOR JE VYTVOŘEN DIFÚZÍ BÁZE A EMITORU DO TENKÉ EPITAXNÍ VRSTVY, VYTVOŘENÉ NA ZÁKLADNÍ DESTIČCE DOTOVANÉ N+. DALŠÍ ZLEPŠENÍ PARAMETRŮ JE DOSAŽENO VĚTŠÍM ZAKRYTÍM CELÉ STRUKTURY TRANZISTORU OCHRANNOU VRSTVOU SiO2, VÍCE SE ZMENŠUJE ŠUM A STABILIZUJÍ PARAMETRY TRANZISTORY SE VYZNAČUJÍ DOBRÝMI VYSOKOFREKVENČNÍMI A SPÍNACÍMI VLASTNOSTMI C SiO2 STRUKTURA NPN U TRANZISTORŮ PRO VYŠŠÍ FREKVENCE ELEKTRONY JAKO NOSIČE NÁBOJE JSOU POHYBLIVĚJŠÍ NEŽ DÍRY

VÝCHOZÍ MATERIÁL – KŘEMÍKOVÝÁ DESTIČKA S VODIVOSTÍ PODLE STRUKTURY BUDOUCÍHO TRANZISTORU ZÁKLADNÍ TECHNOLOGICKÝ PROCES VÝROBY PŘECHODU PN JE DIFÚZE, DALŠÍ ZÁVISÍ NA DRUHU TRANZISTORU TRANZISTORY JFET UNIPOLÁRNÍ TRANZISTORY E G C N P+ ZÁKLADNÍ DESTIČKA DANÉ VODIVOSTI (N) JE OPATŘENA NAPAŘENÝMI NEUSMĚRŇUJÍCÍMI KONTAKTY PRO E a C NA PROTILEHLÝCH STRANÁCH JSOU DIFÚZÍ VYTVOŘENYSILNĚ DOTOVANÉ VRSTVY OPAČNÉHO TYPU VODIVOSTI (P+) – VZÁJEMNĚ PROPOJENÉ TVOŘÍ HRADLO ZBYTEK ZÁKLADNÍ DESTIČKY TVOŘÍ VODIVÝ KANÁL PRO SPRÁVNOU FUNKCI MUSÍ BÝT ZDROJE PŘIPOJENY TAK, ABY HRADLO BYLO POLARIZOVÁNO V ZÁVĚRÉM SMĚRU

TRANZISTORY MOSFET S VODIVÝM KANÁLEM TRANZISTORY MOSFET S INDUKOVANÝM KANÁLEM SiO2 N P N+ E GC ZÁKLADNÍ DESTIČKA (SUBSTRÁT) Si DANÉ VODIVOSTI (P) JE OPATŘENA OCHRANNOU VRSTVOU SiO2 ( PLANÁRNÍ TECHNOLOGIE) V PRVNÍ MASCE JE PROVEDENA DIFÚZE NEBO IONTOVÁ IMPLANTACE HLUBOKÝCH PŘÍKOPŮ SILNĚ DOTOVANÉ OPAČNÉ VODIVOSTI (N+), KTERÉ VYTVOŘÍ EMITOR A KOLEKTOR V DALŠÍ OPERACI JE DIFÚZÍ VYTVOŘEN VODIVÝ KANÁL STEJNÉ VODIVOSTI – S MÁLOU DOTACÍ (N) NÁSLEDUJE NAPAŘENÍ ELEKTROD E a C A HRADLA NA Sio2 SiO2 P N+ E GC TECHNOLOGICKÝ POSTUP VÝROBY JE STEJNÝ, JAKO U PŘEDCHOZÍHO TYPU VYTVOŘÍ SE POUZE PŘÍKOPY SE SILNOU DOTACÍ, BUDOUCÍ KOLEKTOR A EMITOR KANÁL, KTERÝ POVEDE PROUD, SE VYTVOŘÍ ELEKTRICKÝM POLEM MEZI G A SUBSTRÁTEM P