Vol2_ModB_Cap2_Internet.qxd:030-055_CAP24_3A 15/06/12 09.56 Pagina 1 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 1 Vol2_ModB_Cap2_Internet.qxd:030-055_CAP24_3A 15/06/12 09.56 Pagina 2 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. 2 Vol. 2 - MODULO B Vol2_ModB_Cap2_Internet.qxd:030-055_CAP24_3A 15/06/12 09.56 Pagina 3 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 3