27/06/2024
[Cơ sở linh kiện bán dẫn]
Fundamental of Semiconductor Devices
CHUYỂN TIẾP PN (PN JUNCTION)
Phần 1: Sự hình thành chuyển tiếp PN
---------------------------------------
📒Như ta đã biết chất bán dẫn pha tạp gồm có 2 loại: loại P (hạt tải đa số là lỗ trống) và loại N (hạt tải đa số là điện tử (electron)). Khi ghép hai loại bán dẫn này lại với nhau ta được một tiếp giáp P - N, đó chính là Diode, nếu ta nối hai Diode với nhau tạo ra hai tiếp P-N, N-P hoặc N-P, P-N ta thu được Transistor (bóng bán dẫn) là tiền đề cho sự phát triển của các thiết bị điện tử ngày nay.
💽Một trong những công nghệ chế tạo tiếp giáp P - N được gọi là Quang khắc (Lithography) được thực hiện theo các bước như sau:
1️⃣ Oxidation: Oxy hóa bề mặt tấm wafer (tấm Si), tạo ra một lớp SiO2 trên toàn bộ bề mặt wafer
2️⃣Lithography:
- Sau khi tạo thành lớp SiO2, wafer được phủ bởi một vật liệu nhạy cảm với ánh sáng tia cực tím (UV) được gọi là chất cản quang (photoresist)
- Tiếp theo, phơi sáng wafer qua một mặt nạ có khuôn với nguồn sáng UV
Diện tích được ánh sáng chiếu vào trở nên bị polymer hóa và vùng này được giữ nguyên khi cho wafer vào máy rửa, vùng không có ánh sáng chiếu qua sẽ bị hòa tan và trôi đi. (Hoặc ngược lại diện tích lớp cản quang được chiếu sáng bị ăn mòn để tạo ra các khe rãnh có hình dạng theo khuôn như trong video).
- Wafer lại được nung đến 120-180 độ C trong 20 phút để tăng cường sự kết dính và cải thiện sự chịu đựng. Dùng HF (hydrofluoric acid) lấy đi bề mặt SiO2 không có bảo vệ bởi chất cản quang. Sau cùng chất cản quang còn lại được loại bỏ bằng dung dịch hóa học hay hệ thống plasma oxy.
3️⃣ Khuếch tán và cấy ion (ion implantation):
- Bề mặt bán dẫn được xử lý để tạo ra các vùng P và N. Khuếch tán là quá trình đưa nguyên tố pha tạp vào bán dẫn ở nhiệt độ cao, trong khi đó cấy ion là phương pháp sử dụng các ion có năng lượng cao để đưa vào vùng cần pha tạp.
- Sau khi khuếch tán hoặc cấy ion, wafer lại được nung để kích hoạt các nguyên tố pha tạp, giúp chúng khuếch tán vào trong cấu trúc tinh thể bán dẫn, tạo ra các vùng P và N với các đặc tính điện tử mong muốn.
4️⃣ Kim loại hóa (Metallization)
- Sau quá trình khuếch tán hay cấy ion, người ta dùng quá trình kim loại hóa để tạo nên các tiếp xúc Ohm và các kết nối. Các màng mỏng kim loại có thể được tạo nên bằng lắng đọng hơi vật lý và lắng đọng hơi hóa học (chemical v***r deposition=CVD).
- Một lần nữa người ta dùng quá trình quang khắc để định nghĩa tiếp xúc phía trước . Thực hiện kim loại hóa tương tự cho phần tiếp xúc phía sau không dùng quá trình quang khắc.
- Thông thường việc nung ủ nhiệt độ thấp (