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chap7外延.ppt


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1Chap7 外延定义:外延(epitaxy)是在单晶衬底上生长一层单晶膜的技术。它是在低于晶体熔点的温度下,在表面经过细致加工的衬底上沿着原来的结晶轴方向,生长一层导电类型、电阻率、厚度和晶格结构完整性都符合要求的新单晶层的过程。新生单晶层按衬底晶向延伸生长,并称为外延层。长了外延层的衬底称为外延片。2按材料异同分类:u同质结:生长的外延层与衬底材料相同。如Si-Siu异质结:外延层在结构、性质与衬底材料不同。如在蓝宝石上外延硅,在硅上外延***化镓等等。GaAs--AlxGa(1-x) As3u外延的种类可以分为正外延和反外延。在低阻衬底上生长高阻外延层称为正外延。如高频大功率管是在N+单晶衬底上生长N型外延层。u反外延是在高阻衬底上生长低阻外延层,半导体器件直接制造在高阻上,如介质隔离的集成电路中的多晶硅外延生长。4CVD:Chemical Vapor Depositionu外延方法分类:u气相外延(VPE)--常用液相外延(LPE)--ⅢⅤ. 固相外延(SPE)--熔融再结晶. 分子束外延(MBE)--超薄化学气相淀积(CVD)----低温,非晶5为什么要用外延法(外延法优点):u给设计者提供了一种有别于扩散或离子注入的可以控制器件结构中杂质浓度分布的方法。因为不存在杂质相互补偿,可在衬底与外延层间形成接近突变p—n结u外延层的性能在某些方面优于体材料,如不含氧和碳等杂质。u在低阻衬底上能外延一层高阻单晶层,这样在高阻层上制作的器件可以同时得到高集电极反向击穿电压和低集电极串联电阻。可以控制在极薄范围,又可以提高开关速度。u外延片在厚度、电阻率、均匀性、晶体结构等方面可以较好的控制,提高半导体器件的稳定性和可靠性。u利用外延技术可以选择性地生长单晶和隔离中的二氧化硅即多晶硅等,为集成电路的发展创造了有利条件。6外延的用途:u双极电路:u利用n/n+硅外延,将双极型高频功率晶体管制作在n型外延层内,n+硅用作机械支撑层和导电层,降低了集电极的串联电阻。u采用n/p外延片,通过简单的p型杂质隔离扩散,便能实现双极集成电路元器件间的隔离。u外延层和衬底中不同类型的掺杂形成的p--n结,它不是通过杂质补偿作用形成的,其杂质分布可接近理想的突变结。78外延改善NMOS存储器电路特性u(1)提高器件的抗软误差能力u(2)采用低阻上外延高阻层,可降低源、漏n+区耗尽层寄生电容,并提高器件对衬底中杂散电荷噪声的抗扰度u(3)硅外延片可提供比体硅高的载流子寿命,使半导体存储器的电荷保持性能提高。9软误差u从封装材料中辐射出的α粒子进入衬底产生大量(约106量级)电子-空穴对,在低掺杂MOS衬底中,电子-空穴对可以扩散50μm,易受电场作用进入有源区,引起器件误动作,这就是软误差。u采用低阻衬底上外延高阻层的外延片,则电子-空穴对先进入衬底低阻层,其扩散长度仅1μm,易被复合,它使软误差率减少到原来的1/10。10uCMOS电路采用外延片可使电路的寄生闸流管效应有数量级的改善。Latch-up

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  • 时间2016-02-25