Устройство полупроводниковых диодов

Подавляющее большинство полупроводниковых диодов представляет собой структуру, состоящую из областей п-типа и р-типа, имеющих различную концентрацию примеси и разделенных электронно-дырочным переходом. Область с высокой концентрацией примеси (порядка 10¹⁸ см^-3) называют эмиттером,область с низкой концентрацией примеси (порядка 10¹⁴-10¹⁶см^-3) называют базой.

Существуют различные методы создания электронно-дырочных структур:

1. Метод вплавления. При изготовлении р-п-структуры методом вплавления в кристалл германия со слабо выраженной электронной электропроводностью вплавляют таблетку индия, галлия или бора. В процессе термической обработки таблетка и прилегающий к ней слой германия расплавляются, и германий растворяется в расплавленной примеси. После остывания на поверхности кристалла образуется тонкий слой германия с резко выраженной дырочной проводимостью. Электронно-дырочный переход в этом случае получается резким.

2. Диффузионный метод. При изготовлении диода диффузионным методом на поверхности кремниевой пластины со слабо выраженной электронной электропроводностью методом вакуумного напыления создают слой алюминия. В процессе термической обработки атомы алюминия диффундируют вглубь кристалла, в результате чего образуется слой с дырочной проводимостью. Особенностью диодов, полученных этим способом, является то, что концентрация введенной примеси уменьшается с глубиной, поэтому р-п-переход получается плавным.

3. Метод эпитаксиального наращивания. При изготовлении диодов методом эпитаксиального наращивания на кремниевую пластину с определенным типом электропроводности осаждают атомы кремния из паров хлорида кремния, содержащего донорную или акцепторную примесь. Осаждающиеся атомы повторяют кристаллическую структуру кремниевой пластины, в результате чего образуется монокристалл, одна часть которого имеет электронную проводимость, другая — дырочную.

4. Точечный метод. Существуют также точечные диоды, у которых в хорошо отшлифованную пластину германия или кремния с электронной электропроводностью упирается металлическая игла. В процессе производства контакт иглы с полупроводником подвергают электрической формовке, которая заключается в пропускании через контакт мощных импульсов тока. При этом происходит местный разогрев контакта, и кончик иглы сплавляется с полупроводником, что обеспечивает стабильность и механическую прочность контакта. Кроме того, в процессе формовки часть материала иглы диффундирует в полупроводник, образуя под точечным контактом полусферическую область с дырочной электропроводностью.

Независимо от способа изготовления полупроводникового диода концентрация примеси в базе всегда меньше, чем в эмиттере, поэтому электронно-дырочный переход оказывается сдвинутыми в область базы, то есть является несимметричным. Вследствие низкой концентрации примеси база обладает значительным сопротивлением . Ширина базы во многих случаях оказывается меньше диффузионной длины дырок .

На рис. 3.1 показана р-п-структура, изготовленная по комбинированной технологии, широко используемой при производстве интегральных схем.

На кремниевой подложке п⁺-типа выращивают эпитаксиальный слой п-типа. Затем поверхность выращенного слоя окисляют, в результате чего образуется слой толщиной около 1 мкм, в котором создают окна и через них методом диффузии вводят акцепторную примесь, изменяющую тип электропроводности выращенного кристалла. В результате образуется р⁺-слой с высокой концентрацией примеси, отделенный от п-области электронно-дырочным переходом. Затем осуществляют омические контакты с п⁺- и р⁺-областями путем напыления алюминия. В процессе изготовления на кремниевой пластине создается большое количество одинаковых р-п-структур. Такую пластину разделяют на отдельные кристаллики, каждый из которых монтируют в герметичном металлическом, пластмассовом или стеклянном корпусе, защищающем кристалл от воздействия окружающей среды, а базу и эмиттер через омические контакты соединяют с внешними выводами.