Tipuri de jonctiuni semiconductoare

Tipuri de jonctiuni semiconductoare

Jonctiunea pn reprezinta o structura fizica realizata prin punerea in contact intim a doua regiuni semiconductoare extrinseci dopate diferit, una de tip p si cealalta de tip n. Planul de separatie dintre cele doua regiuni se numeste jonctiune metalurgica. In functie de raportul dintre concentratia impuritatilor acceptoare N_a si concentratia impuritatilor donoare N_d, jonctiunile pn pot fi simetrice daca N_a=N_d sau asimetrice daca N_a¹N_d. In cazul jonctiunilor asimetrice jonctiunea se noteaza cu n⁺p, daca N_d>>N_a si cu p⁺n, daca N_a>>N_d. Daca trecerea de la o regiune semiconductoare la alta se face brusc, jonctiunea se numeste abrupta, iar daca trecerea se face gradat, jonctiunea se numeste gradata. Cand trecerea gradata de la o regiune la alta se face liniar, jonctiunea este gradata liniar.

O jonctiune formata dintr-un singur monocristal semiconductor dopat intr-o regiune cu impuritati acceptoare iar in cealalta regiune cu impuritati donoare, jonctiunile semiconductoare se numesc homojonctiuni. In cazul cand materialele semiconductoare de tip p si de tip n sunt realizate din doua monocristale diferite se numesc heterojonctiuni.

Pentru obtinerea unei jonctiuni pn se utilizeaza anumite procese tehnologice, din care cele mai utilizate sunt: procesul de aliere, procesul de difuzie, procesul de crestere epitaxiala si procesul implantare de ioni.

In procesul de aliere, de exemplu, peste o placheta de Ge de tip n, se aseaza o anumita cantitate de In si se incalzeste ansamblul la temperatura de 160 C, temperatura la care se formeaza faza lichida in care In se topeste si dizolva Ge pe o anumita portiune, aliindu-se cu acesta. Urmeaza apoi o racire lenta in timpul careia o parte din solutia lichida formata din Ge si In, in contact cu Ge nedizolvat, se recristalizeaza, refacand continuitatea retelei cristaline a substratului de Ge. Regiunea recristalizata contine insa o concentratie de In suficient de mare pentru ca Ge sa fie transformat din semiconductor de tip p in semiconductor de tip n. Trecerea de la regiunea n la regiunea p, de concentratii de impuritati aproximativ constante, se face foarte abrupt, pe o distanta foarte mica ( 10^-11 m), astfel incat se formeaza o jonctiune abrupta.

In procesul de difuzie, pe suprafata unei plachete de Si de tip n, se depune mai intai un strat de oxid care apoi se inlatura pe o anumita portiune pe care se urmareste obtinerea jonctiunii. Introducand placheta de Si intr-un mediu gazos ce cuprinde o impuritate de tip p, de exemplu fosfor, la o temperatura ridicata (800-1200 C, aceasta impuritate va difuza prin regiunea neacoperita cu oxid in volumul plachetei de Si, pe o anumita distanta. Variatia concentratiei de impuritati de la un tip la altul se face in acest caz mult mai gradat decat in cazul procesului de aliere. Se aproximeaza, in acest caz, gradarea jonctiunii ca fiind liniara. Tehnologia de obtinere a jonctiunilor prin difuzie se mai numeste si tehnologia planara si sta la baza micominiaturizarii circuitelor electronice si a realizarii circuitelor integrate.

Prin procesul de epitaxie se intelege procesul de crestere a unui strat cristalin pe suprafata unui suport cristalin de aceeasi natura, continuand structura acestuia. Pentru obtinerea jonctiunilor pn prin procesul de epitaxie se folosesc trei metode generale si anume: prin condensare din faza gazoasa in vid, prin reactii chimice si cristalizare din faza gazoasa cu transport de substanta in flux si prin epitaxie din faza lichida.

Procesul de implantare de ioni presupune introducerea atomilor de dopaj in monocristalul semiconductor de Si sub forma de ioni accelerati, care ocupa pozitii in reteaua monocristalului de Si, astfel incat sa se comporte ca donori sau acceptori, in functie de natura ionilor implantati.