عکس پیش‌فرض نوشته

ترانزیستور یکی از مهمترین قطعات الکترونیکی است که از مواد نیمه رسانایی مانند سیلیسیم و ژرمانیم ساخته می‌شود. یک ترانزیستور در ساختار خود دارای پیوندهای پیوند نوع N و پیوند نوع P می‌باشد.

یکی از انواع ترانزیستور ، ترانزیستور Bjt است که دارای سه پایه به نامهای بیس (B)، امیتر (E) و کلکتور (C) می‌باشد و چون در این قطعه اثر الکترون‌ها وحفره‌ها هر دو مهم است، به آن ترانزیستور دوقطبی گفته می‌شود.

Fabrication_Bjt

در این جا ما به نحوه ساخت این نوع ترانزیستور می پردازیم:

شروع کار از یک زیرلایه نوع P با ناخاصی کم می باشد. مراحل ساخت مطابق شکل خواهد بود :

1) رشد اپی تکسی برروی زیر لایه نوع P

Fabrication_Bjt-1

2) جایگذاری لایه اکسید

Fabrication_Bjt-2

3) ایجاد جزایر مجزاسازی

Fabrication_Bjt-3

4) دادن ناخالصی سنگین از نوع P در محل جزایر مجزاسازی

Fabrication_Bjt-4

5) ناخالص سازی پایه بیس از نوع P ( ساختن بیس ترانزیستور)

Fabrication_Bjt-5

 6) ساختن پایه امیتر ترانزیستور با دادن ناخالصی نوع n (در این مرحله دادن ناخالصی باید بسیار دقیق باشد چراکه ضخامت پایه بیس را تعیین می نماید)

Fabrication_Bjt-6

7) ایجاد اتصال فلزی برای پایه ها

Fabrication_Bjt-7

 در مجموعه شکلهای رسم شده برای ترانزیستورها لایه های اکسید با رنگ خاکستری، لایه های ناخالصی نوع n بارنگ سبز، لایه های ناخالصی نوع P با رنگ قرمز و لایه های اتصال فلزی با رنگ سفید مشخص شده اند. ترانزیستور ساخته شده بصورت قائم عمل می کند. درصورت رسم میزان ناخالصی بر حسب مکان بصورت قائم داریم:

Fabrication_Bjt-8

 در این نمودار ابتدا توزیع ناخالصی نوع n که با عمل اپی تکسی ساخته شده نشان داده شده است که مقداری ثابت در مکان دارد. سپس ناخالصی نوع P رسم شده که تابعی گوسی است و محلی که مقدار این ناخالصی با ناخالصی قبل برابر شده اند محل پیوند بیس و کلکتور خواهد بود (Xj(B-C)). سومین نمودار (رنگ سبز) نمودار مربوط به ناخالصی نوع n است که برای ساخت امیتر استفاده شده است. این نمودار تابع ریاضی erfc است و محل پیوند نیز در آن مشخص شده است.

ترانزیستور ساخته شده دو مشکل دارد. مشکل اول وجود 2 عدد ترانزیستور PNP انگل است که در شرایط معمولی بایاس معکوس می باشند، اما درناحیه اشباع ترانزیستورهای اصلی و درصورت عبور جریان زیاد از ترانزیستور این ترانزیستورهای انگل وارد مدار شده و باعث نشت جریان به زیر لایه می شوند. در شکل، محل ترانزیستور اصلی و ترانزیستورهای انگل مشخص شده است.

Fabrication_Bjt-9

مشکل دوم وجود مقاومت سری بین محل اصلی کلکتور و محل اتصال فلزی آن است. برای حل مشکل دوم از روشی برای ساخت استفاده می شود که به نام لایه دفن شده عمقی شناخته می شود. در این روش تعداد ماسکها بیشتر و سایز سیستم بزرگتر و مراحل ساخت پیچیده تر خواهد شد. برای حل مشکل اول از مجموعه روشهایی استفاده می شود که به آنها روشهای مجزاسازی گفته می شود.

پس از ساخت مدار لازم است مجموعه مدارهای روی ویفر تست شده، هر یک از مدارها جدا شده، یک لایه محافظ دور آن مدار را بپوشاند تا از عوامل محیطی محافظت شود. در ادامه اتصالات فلزی روی پایانه های مدار اعمال و سپس بسته بندی مدار انجام می شود. در انتها با استفاده از فرآیند فلز گذاری پایه های فلزی مدار ساخته خواهد شد. برای فلزگذاری پایه های مدار از سه روش استفاده می شود. این سه روش عبارتند از :

1) استفاده از آلومینیوم ساده

2) استفاده از ستون هادی

3) روش چیپ وارونه

 

قبل از آن که به توضیح در مورد روشهای فوق بپردازیم ابتدا ویژگیهای یک اتصال خوب فلزی را بیان خواهیم کرد. یک اتصال خوب فلزی باید:

1) مقاومت کم (هدایت الکتریکی بالا) داشته باشد.

2) چسبندگی بالا با زیرلایه داشته باشد. (مهمترین مشکل در مورد لایه های فلزی است چراکه فلز و نیمه هادی معمولا چسبندگی خوبی باهم ندارند)

3) در مقابل عوامل محیطی پایدار باشد.

4) اتصال آن از نوع اهمی باشد. (دربرخی از انواع انصال فلز و نیمه هادی اتصال حاصله از نوع دیود سد شاتکی خواهد شد)

5) با روشهای اتصال خارجی مانند جوش نقطه ای سازگار باشد.

 

در روش آلومینیوم ساده یک لایه نسبتا ضخیم از آلومینیوم روی تمام سطح ویفر را پوشانده و سپس لیتوگرافی می شود. این روش ارزانترین و ساده ترین روش ممکن است. در روش ستون هادی،از مجموعه ای از فلزات برای اتصال استفاده می شود. این فلزات بصورت لایه به لایه روی هم قرار می گیرند.

با توجه به اینکه یک فلز به تنهایی نمی تواند تمام ویژگیهای یک اتصال خوب فلزی را داشته باشد لذا این روش با استفاده از مجموعه ای از فلزات این مشکل را برطرف می کند. این روش درعین حال که مناسب ترین روش است؛ اما بسیار گران است.

در ادامه روش چیپ وارونه راهکاری برای کم کردن هزینه روش ستون هادی است. در این روش ابتدا از آلومینیوم برای اتصال استفاده می شود. سپس یک لایه اکسید روی آن قرار می گیرد تا چسبندگی مناسب را ایجاد کند. سپس کمی دورتر از محل اتصال قبل لایه دیگری از آلومینیوم، سپس مس برای اتصال الکتریکی خوب و در انتها ایندیوم استفاده خواهد شد.

این آموزش بیش از ۳ سال قبل ارسال شده و اکنون در لیست به‌روزرسانی‌های سایت قرار دارد. اگر پیشنهاد یا انتقادی برای بهبود آموزش دارید، خوشحال می‌شیم به ما اطلاع بدهید.