JUNÇÕES EM
SEMICONDUTORES
Rodrigo Molgado
02039-0
Rafael Epifanio
02045-7
Paulo da Silva
02057-2
Márcio Aparecido
02080-4
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Sumário
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Introdução
Objetivo
Tipos de Junções
Técnicas de dopagem
Tecnologia de fabricação Planar
Etapas de fabricação
Conclusão
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Introdução
• O que é um semicondutor ?
• Junções em semicondutores
• Técnicas de dopagem
• Implantação Iônica
• Difusão Térmica
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Objetivo
• Descrever os Tipos de Junções
• Técnicas de Dopagem
• Demonstrar o processo de fabricação de
um Diodo de Junção PN
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Tipos de Junções
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Junção PN (tipo homojunção)
Heterojunção
Junção Metal-Semicondutor
Junção MOS (Metal-óxido-semicondutor)
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Técnicas de dopagem
• Difusão Térmica
Baseada no movimento espontâneo das partículas de
regiões de alta concentração para regiões de baixa
concentração. Assim, as impurezas são introduzidas no Si
colocando a lamina a ser dopada em contato com uma fonte
rica no elemento dopante. Normalmente a fonte de impurezas
é um ambiente gasoso, mas também podem ser utilizadas
películas de óxido dopado (SOG) pré-depositadas sobre a
lamina de Si. Em ambos os casos, a difusão ocorre em altas
temperaturas (entre 800 e 1200 °C). Tipicamente é usada na
obtenção das junções P-N profundas.
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Técnicas de dopagem
• Implantação Iônica
Nesta técnica, íons ou moléculas ionizadas de elementos dopantes
são aceleradas num canhão acelerador e feitos colidir sobre o
substrato (alvo) a ser dopado. Os íons no feixe possuem,
tipicamente, energias da ordem de algumas dezenas de keV e ao
colidir com o alvo (lâmina de Si), penetram no semicondutor abrindo
caminho entre os átomos do material através de colisões mecânicas
sucessivas.
Por esse motivo, o processo de Implantação Iônica não requer altas
temperaturas, embora processos de pós-recozimento sejam
necessários para ativar as impurezas e/ou reconstruir a rede
cristalina do alvo.
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Tipicamente é usada na obtenção de junções P-N rasas.
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Técnicas de dopagem
• Implantação Iônica vs. Difusão Térmica
A Implantação Iônica ocorre em baixas temperaturas e envolve
tempos mais curtos de processamento, além de apresentar melhor
homogeneidade e reprodutibilidade
A Implantação Iônica permite um controle preciso das doses
implantadas, o que é particularmente importante para baixas
concentrações de dopantes.
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Técnicas de dopagem
Na implantação podem ser usados, além do SiO2 o Si3N4.
A Implantação também pode ser feita “através” de películas finas de
material de mascaramento.
Graças ao baixo alcance médio, a Implantação Iônica é ideal para
dopagens rasas e com altos gradientes de concentração.
Varias Implantações com diferentes doses e energia podem ser
realizadas em seqüência. Isto permite ajustar e otimizar os perfiz de
concentração de dopantes.
A implantação provoca danos na estrutura do substrato.
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Tecnologia de Fabricação
Planar
• Evolução: Invenção do Transistor – 1948
Tecnologia Planar – 1960
• Principais Métodos: Difusão e Implantação Iônica
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Etapas da Fabricação
Diodo de Junção PN por Difusão
• Etapa 1: Preparação da pastilha semicondutora
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Etapas da Fabricação
Diodo de Junção PN por Difusão
• Etapa 1: Cristal de Silício crescido por impurezas n+
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Etapas da Fabricação
Diodo de Junção PN por Difusão
• Etapa 2: Crescimento da camada epitaxial
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Etapas da Fabricação
Diodo de Junção PN por Difusão
• Etapa 3: Formação da camada de óxido SiO2
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Etapas da Fabricação
Diodo de Junção PN por Difusão
• Etapa 4: Fotolitografia
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Etapas da Fabricação
Diodo de Junção PN por Difusão
• Etapa 5: Abertura da janela na camada de óxido
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Etapas da Fabricação
Diodo de Junção PN por Difusão
•
Etapa 6: Deposição de filmes metálicos para os contatos externos
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Conclusão
A tecnologia Planar é empregada para fabricar um simples
diodo de junção, ou um transistor com várias junções, ou
um complexo circuito integrado contendo milhares de
diodos e transistores na mesma pastilha de Silício e com o
progresso das técnicas de fabricação das junções PN, será
possível produzir componentes cada vez menores.
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