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CAP 2
DIODI A SEMICONDUTTORE
METODI DI FABBRICAZIONE DEI DIODI A GIUNZIONE
< Diodi a diffusione
< Diodi a diffusione planare
< Diodi epitassiali
METODI DI FABBRICAZIONE DEI DIODI
A GIUNZIONE
I diodi, a seconda della loro tecnologia di fabbricazione, sono classificati in:
— a diffusione;
— a diffusione planare;
— epitassiali.
La tecnologia a lega, utilizzata in passato, è stata completamente abbandonata.
Diodi a diffusione
I diodi a diffusione vengono realizzati effettuando il drogaggio di un substrato drogato con una delle tecniche descritte nel Volume 1 (Mod. A, Cap.
3). Il metodo di drogaggio a diffusione è in grado di trattare più wafer
contemporaneamente con superfici estese. I singoli componenti (chip)
vengono ricavati da un wafer tagliando i dispositivi con lame diamantate o con laser 4
( Fig. 1). I chip così ottenuti risultano danneggiati nella
zona di taglio, che oltretutto è esposta all’azione degli agenti inquinanti
o a scariche laterali.
Fig. 1
Preparazione dei dispositivi mesa.
incavi ricavati con
attacco chimico
metalizzazioni
punti di fratturazione
Questi inconvenienti vengono in parte eliminati effettuando un attacco
chimico sui bordi. Dopo questa lavorazione il wafer assume la forma
caratteristica 4
( Fig. 2) di una particolare configurazione orografica degli
altopiani del Nordamerica, chiamati mesas; questo tipo di diodo è infatti
noto anche come diodo mesa.
Il componente viene protetto con un’ossidazione superficiale che lo
avvolge per intero oppure rivestendolo con vernici o lacche.
CAP 2 - Diodi a semiconduttore
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metallizzazione
Fig. 2
Struttura mesa (il disegno non è in
scala).
N
P
metallizzazione
Diodi a diffusione planare
Un diodo a semiconduttore viene realizzato fabbricando, con la tecnologia
di diffusione nel silicio, una giunzione PN. Le figure 3a, b mostrano due
possibili strutture a due strati utilizzate per produrre un diodo. Nella
prima struttura 4
( Fig. 3a) un terminale del diodo è costituito dal basamento su cui è appoggiata la piastrina di semiconduttore e l’altro dalla
parte superiore della piastrina. Nella seconda struttura 4
( Fig. 3b)
entrambi i terminali sono collocati sulla superficie superiore della piastrina.
Figg. 3a, b
Diodi planari:
a. con terminali applicati su lati
opposti;
b. con terminali applicati sullo stesso
lato. metalizzazione
strato di ossido
tipo P
tipo P
tipo N
tipo N
basamento
3a
basamento
3b
Le caratteristiche elettriche del diodo vengono accertate con un’opportuna selezione dei parametri critici del processo di fabbricazione, sono quindi determinate dalla concentrazione delle impurità nelle due zone e dalla
superficie della giunzione.
La giunzione reale di un diodo ottenuto per diffusione differisce da quella ideale per il fatto che il drogaggio sul piano di giunzione è graduale e non
a gradino, e che la zona di ricombinazione non è trascurabile (come invece
è previsto dal modello adottato).
La giunzione reale ha in comune con quella ideale le seguenti caratteristiche:
— è piana;
— il flusso dei portatori attraverso le giunzioni è essenzialmente monodimensionale.
La dimensione della superficie della giunzione è molto maggiore (da 10 a
1000 volte) di quella della sua profondità, per cui se ne può trascurare l’incurvamento delle estremità. La lunghezza di diffusione dei portatori è
compresa tra 5 e 20 micron.
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Vol. 2 - MODULO B
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La caratteristica tensione-corrente di un diodo diffuso al silicio coincide, per un ampio campo di valori di tensione diretta, con quella del
diodo ideale. Se ne discosta per tensioni molto piccole sia dirette sia
inverse (in questa situazione l’effetto generazione-ricombinazione nello
strato spaziale non è più trascurabile), mentre per tensioni dirette
molto elevate non si possono trascurare le perdite di tensione nelle
zone neutre, soprattutto se il substrato è spesso.
L’effetto generazione-ricombinazione dei portatori nello strato di
carica spaziale fa sì che si generi una corrente inversa molto maggiore
di quella prevista dal modello teorico, che non presenta valori di saturazione, ma anzi aumenta all’aumentare della tensione di polarizzazione inversa.
La figura 4 mostra il layout del chip di alcuni diodi a diffusione planare.
0,043≤ × 0,043≤
Figg. 4
Layout del chip di tre diodi planari
diffusi (quote espresse in pollici).
0,015≤ × 0,015≤
0,019≤ × 0,019≤
Diodi epitassiali
Questi diodi sono realizzati con la tecnica del drogaggio epitassiale
4
( Fig. 5).
terminale
Fig. 5
Struttura di un diodo planareepitassiale (il disegno non è in scala).
ossido di
silicio
metallizzazione
N
P
N+
strato epitassiale
substrato
metallizzazione
Sono caratterizzati dalla conducibilità diretta molto accentuata, dai bassi
valori della capacità di giunzione e dalle correnti di dispersione basse.
Grazie alla passivizzazione in biossido di silicio delle superfici, e alla possibilità di effettuare un accurato controllo del tempo di vita, presentano
anche un tempo di commutazione basso.
CAP 2 - Diodi a semiconduttore
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