Fsica 4.Ing. Christian Aldaco.

El primer transistor creado fue el de puntas de contacto en 1947 por John Bardeen

1948 Shockley propuso el transistor bipolar de unin (npn pnp)

*1948 Shockley propuso el transistor bipolar de unin (npn pnp) Zona de trabajoDirecta-Inversa ActivaDirecta-DirectaSaturacinInversa-InversaCorteInversa-Directa Activa inversa

1951 Teal, Spark y Buehler construyeron el primer transistor de union bipolar con posibilidades de comercio

1. Purificacin del substrato (Fabricacin de obleas)2.- Oxidacin 3.- Litografa y Grabado4.- Impurificacin

El primer paso en la fabricacin de un dispositivo semiconductor es obtener materiales semiconductores, como germanio y silicio, del nivel de impurezas deseado. Los niveles de impurezas de menos de una parte en mil millones (1 en 1.000.000.000) se requiere para la mayor parte de la fabricacin de semiconductores de hoy da.silicioGermanio.

La materia prima se somete primero a una serie de reacciones qumicas y a un proceso de refinacin de zona para formar un cristal poli cristalino del nivel deseado de pureza. Los tomos del cristal poli cristalino se acomodan al azar, mientras que en el cristal deseado los tomos se acomodan en forma simtrica, uniforme, con estructura geomtrica en enrejado.

La operacin final antes de que la fabricacin del semiconductor se lleve a cabo es la formacin de un solo cristal de germanio o silicio. Esto se puede lograr usando la tcnica de Czochralski o la de zona flotante, la ltima es la que se ha diseado recientemente. El aparato empleado en la tcnica de Czochralski se muestra en la siguiente diapositiva.

Este mtodo es utilizado para la obtencin desiliciomonocristalino mediante uncristalsemilla depositado por un bao de silicio. Es de amplio uso en la industriaelectrnicapara la obtencin dewafersuobleas, destinadas a la fabricacin detransistoresycircuitos integrados.

El mtodo consiste en tener un crisol (generalmente de cuarzo) que contiene el semiconductor fundido, por ejemplogermanio. La temperatura se controla para que est justamente por encima delpunto de fusiny no empiece a solidificarse. En el crisol se introduce una varilla que gira lentamente y tiene en su extremo un pequeo monocristal del mismo semiconductor que acta como semilla. Al contacto con la superficie del semiconductor fundido, ste se agrega a la semilla, solidificndose con su red cristalina orientada de la misma forma que aquella, con lo que el monocristal crece. La varilla se va elevando y, colgando de ella, se va formando un monocristal cilndrico. Finalmente se separa el lingote de la varilla y pasa a lafusin por zonaspara purificarlo.

Proceso de la creacin de los cristales

Crisol usado en el procesoCrisol despus del proceso

Lingote de silicio monocristalino

El proceso parte de un cilindro de silicio policristalinoSe sostiene verticalmente y se conecta uno de sus extremos a la semillaUna pequea zona del cristal se funde mediante un calentador por radio frecuencia que se desplaza a lo largo de todo el cristal desde la semilla El Si fundido es retenido por la tensin superficial entre ambas caras del Si slido Cuando la zona flotante se desplaza hacia arriba, el silicio monocristalino se solidifica en el extremo inferior de la zona flotante y crece como una extensin de la semilla

Cristal de silicio en el inicio del proceso de crecimiento

Crecimiento del cristal de silicio

La estructura del cristal simple producida puede cortarse en obleas algunas veces tan delgadas como 1/1000 ( 0.001) de pulgada

Las obleas de Si se montan en un carrete de cuarzo Este se mete dentro de un tubo de cuarzo situado dentro de un horno de apertura cilndrica calentado por resistencia T entre los 850 y 1100C

Dos tipos de oxidacin: Seca y hmedaOxidacin HmedaSe introduce vapor de agua en el horno Si(s) +2H2O(g) SiO2(s) + 2H2(g) Es mucho mas rpida y se utiliza para crear xidos gruesos Oxidacin secaSe introduce gas de oxigeno puro Si(s) + O2(g) SiO2(s) + 2H2(g) Se consiguen xidos de mayor calidad pero es ms lenta Esta tcnica no es apropiada para la creacin de xidos gruesos ya que se puede producir una redistribucin de las impurezas introducidas en los anteriores procesos

Tipos de HornosHorno horizontalHorno vertical

*Se cubre la oblea con una fotoresina + o -Se hace incidir luz U.V. a travs de una mascaraSe ablanda (+) o se endurece (-) la resina expuestaSe elimina la fotoresina no polimerizada con tricloroetilenoGrabado: se ataca con HCl o HF y se elimina el SiO2 no protegido por la fotoresinaSe elimina la fotoresina con un disolvente Sulfrico SO4H2

*GrabadoHmedo y Seco (a) Hmedo: Bao de cido fluorhdrico o clorhdrico que ataca SiO2 no protegido, pero no ataca al Si. Gran selectividad Problema: ataque isotrpico igual en todas las direcciones(b) Seco: Se usa un plasma con un gas ionizado Grabado Fsico o qumico Ataque anistropo Menor selectividad

*4) Impurificacin (adicin de dopantes) Dos mtodos: Difusin e implantacin inicaDifusinSe colocan las obleas en el interior de un horno a travs del cual se hace pasar un gas inerte que contenga el dopante deseado. T entre 800 y 1200 CPara Si tipo P el dopante ms usual es el Boro y para tipo N se usa el Arsnico y Fsforo. Tienen una alta solubilidad en silicio en el rango de temperatura de difusin.Se puede distinguir entre dos formas al realizar la difusin:

*a) Con fuente ilimitada: cuando se mantiene la misma concentracin de impurezas durante el procesob) Con fuente limitada: se parte de una concentracin inicial y no se aaden mas dopantesNormalmente se usan los dos mtodos uno seguido del otro. La profundidad de la difusin depender del tiempo y de la temperatura. La concentracin de dopante disminuye montonamente a medida que se aleja de la superficie.La tcnica de difusin tiene el problema de que las impureza se difunden lateralmente