Главная | Обратная связь

Польові транзистори

На відміну від біполярних польові транзистори є уніполярними на­півпровідниковими приладами, оскільки протікання в них струму об­умовлено дрейфом носіїв заряду одного знака в поздовжньому елек­тричному полі через керований канал р- або п-типу. Керування стру­мом через прилад здійснюється поперечним електричним полем (а не струмом, як в біполярних транзисторах), про що свідчить сам термін «польові транзистори». Таким чином, принцип роботи польового тран­зистора в загальних рисах грунтується на тому, що зміна напруже­ності поперечного електричного поля змінює провідність каналу, по якому протікає струм вихідного кола.

У пристроях промислової електроніки застосовуються дві різно­видності польових транзисторів: із затвором у вигляді р-п-переходу та з ізольованим затвором. Принцип роботи, характеристики та параметри обох різновидів однакові.

Польові транзистори з керуючим р-п-переходом. Розглянемо принцип роботи польового транзистора площинної конструкції з за­твором у вигляді р-п-переходу (рис.), схема ввімкнення яко­го із загальним витоком показана на рис.

Прилад складається з пластини кремнію з електропровідністю п-типу, що являє собою канал польового транзистора, до торців якої приєднані два металічних контакти, що називаються витік і стік.По слідовно до цих електродів подається напруга джерела живлення Е_D i опір навантаження. Напруга джерела живлення має таку полярність, щоб потік основних носіїв заряду (в каналі n-типу електронів) пе­реміщувався від витоку до стоку. На протилежні грані пластини вве­дені акцепторні домішки, що перетворюють поверхневі шари її в об­ласті напівпровідника p-типу. З'єднані електричне разом, ці шари створюють єдиний електрод, який називають затвором. При цьому між каналом та затвором створюються два р-n-переходи.

Провідність каналу визначається його перерізом. Змінюю­чи напругу на затворі U_DS , що зміщує при вказаній на рис., а полярності джерела Е_D переходи в зворотному напрямі, мож­на змінювати переріз каналу (за рахунок розширення або звуження збіднених шарів переходів), а отже, опір каналу та протікаючий через нього струм. При u_GS= 0 струм стоку I _D в каналі має мак­симальне значення I_Dsat (струм стоку насичення, рис. ), оскіль­ки переріз каналу максимальний. При збільшенні зворотної напруги U_GS збіднені шари р-n-переходів розширюються, зменшуючи пе­реріз каналу, через який протікає струм між витоком та стоком. При напрузі відсікання U_GS0 переріз каналу зменшується практично до нуля, і струм I_D припиняється. При цьому витік і стік ізольова­ні один від одного. Розглянуті процеси ілюструє стокзатворна ха­рактеристика I_D=j(U_GS)_U(DS)=const. (рис.). Таким чином, ке­рування струмом стоку (основного кола) майже безструмне, оскіль­ки на затвір подається зворотна напруга і через нього протікає лише зворотний струм р-n-переходу.

На рис. показана сім'я стокових вихідних характеристик I_D=j(U_DS)U_GS=const. Розглянемо характеристику сім'ї при на­прузі на затворі U_GS=O. При подачі на стік позитивної відносно витоку напруги (рис. ) і її збільшенні струм стоку зростає за нелінійним законом. Нелінійний характер струму стоку пояснюється тим, що із зростанням напруги u_DS , яка зміщує р-n-переходи та­кож в зворотному напрямі, переріз каналу зменшується, причому тим більше, чим ближче до стоку, оскільки спад напруги в каналі за рахунок струму стоку росте від U_DS(0)=0 на витоку до U_DS на стоку. При цьому провідність каналу зменшується і зростання струму сповільнюється. Коли напруга на стоку досягає рівня так званої напруги насичення U_DS= U_DSsat, відбувається повне пере­криття збідненими шарами каналу на стоку (у витоку переріз кана­лу залишається попереднім, оскільки U_DS(0)=0. При цьому по­дальше збільшення U_DS приводить до слабкого збільшення струму стоку, оскільки одночасно збільшується опір каналу, а струм стоку досягає значення струму насичення I_dsat. Очевидно, що при U_GS. Режим пологої ділянки вольт-амперної характеристи­ки називають режимом насичення.

За умови IU_GSI>0 під дією двох напруг U_GS та U_DS розши­рюються збіднені шари і зменшується переріз каналу, напруга на­сичення зменшується і для будь-якого значення напруги на затворі U_GSстановить

Зі зменшенням напруги U_DSsat зменшується також струм на­сичення I_DSsat стоку. В робочому режимі використовують пологі ді­лянки вихідних характеристик. За умови великих напруг на стоку на­стає пробій структури. Тому в робочому режимі перевищення макси­мально допустимої напруги стоку неприпустиме. Основні параметри польового транзистора такі:

крутість характеристики керування

що характеризує підсилювальні властивості приладу. Числові зна­чення цього параметра становлять 0,1 ... 10 мА/В;

внутрішній опір транзистора

Оскільки на пологих ділянках вихідних характеристик (ділянка наси­чення) струм стоку змінюється дуже мало, то цей параметр має значен­ня сотень кілоом — одиниць мегаом;

вхідний опір

Він являє собою диференційний опір р— n-переходу, зміщеного в зво­ротному напрямі. Оскільки струм затвору I_G визначається зворот­ним струмом переходу, то вхідний опір польових транзисторів дуже великий: 10⁶ ... 10⁹ 0м.

Крім вказаних параметрів, польові транзистори характеризуються граничною частотою f_S, на якій модуль крутизни характеристики ке­рування зменшується в раз, вхідною C_GS, прохідною С_GD та вихідною С_GD ємностями, а також допустимою потужністю розсіюван­ня P_m. Слід зазначити, що параметри польових транзисторів, як і інших напівпровідникових приладів, залежать від режиму роботи, температури, а також від геометрії елементів структури.

Польові транзистори з ізольованим затвором. На відміну від польвих транзисторів із затвором у вигляді р—n-переходу у польових транзисторів з ізольованим затвором між металічним затвором : областю напівпровідника є шар діелектрика (МДН-транзистори). Оскільки як діелектрик звичайно використовують двооксид кремнію SiO₂, то транзистори із структурою метал— оксид— напівпровідник дівають МОН-транзисторами. В них підкладку роблять із слаболегованої кремнієвої напівпровідникової пластинки, яка має провід­ність n- або p-типу. Є дві різновидності МОН-транзисторів: із вбудо­ваним (рис. 1.22, а) та наведеним (рис. 1.22, б) каналами.

В процесі окислення на поверхні пластинки створюється тонкий 0,2—0,3 мкм шар двооксиду кремнію. Через отвори в діелектрику в тілі підкладки створюються дві сильнолеговані області, що мають лропідність протилежного типу по відношенню до провідності підклад­ки (в даному випадку n⁺-типу). Домішка через отвори вводиться мето­дом дифузії. Одержані сильнолеговані області обладнуються зовнішніми виводами і використовуються як витік S та стік D, віддаль між якими порядку 5 ... 10 мкм. Контакти електродів виготовляють техно­логічними методами, що запобігають ефекту випрямлення у переходах. Над шаром двооксиду кремнію між витоком і стоком наносять мета­лічний шар, від якого зроблено вивід, що використовується як затвор G. Діелектрик між затвором і вбудованим або наведеним каналами в МОН-транзисторі знімає обмеження на полярність напруги на затворі, характерне для польових транзисторів з керуючим р— n-переходом. Підкладка в робочому режимі з'єднується, як правило, з витоком, однак може бути використана як додатковий керуючий електрод.

Тонкий поверхневий канал для струму основних носіїв заряду між витоком і стоком в МОН-транзисторі з вбудованим каналом (рис. 1.22, а) створюється штучно або виникає природно в результаті контактних явищ на межі напівпровідника з діелектриком. Тип про­відності каналу збігається з типом провідності витоку і стоку. За на­явності напруги між витоком і стоком струм у колі стоку (каналу) I_D буде протікати навіть при нульовому зміщенні на затворі U_GS=0 (див. стокзатворну та вихідну вольт-амперні характеристики, рис. 1.23, а, б). Якщо до затвору відносно витоку і підкладки приклас­ти від'ємну напругу, то дірки з підкладки втягуватимуться в канал, а електрони виштовхуватимуться. Провідність каналу, що позбавле­ний частини основних носіїв, зменшується, в результаті чого знижуєть­ся струм стоку (режим збіднення). За U_GS = U_GS0 природний канал зникає, і струм стоку дорівнює нулю (рис. 1.23, а). Позитивне зміщення на затворі (U_GS>0) викликає приток у канал основних носіїв варяду (електронів), в результаті чого зростає струм стоку. Такий ре­жим роботи МОН-транзистора називається режимом збагачення.

Отже, МОН-транзистор з вбудованим каналом за своїми властивос­тями та характеристиками подібний до польового транзистора з керу­ючим р—n-переходом і відрізняється лише тим, що для його закриття потрібне негативне зміщення у випадку канапа з провідністю n-типу і позитивне зміщення — у випадку провідності р-типу.

У МОН-транзистора з наведеним каналом (рис. 1.22, б) за відсут­ністю зміщення на затворі канал відсутній і струм стоку I_D практич­но дорівнює нулю. За деякої позитивної (для транзисторів з n-підкладкою— негативної) відносно витоку напруги на затворі, що назива­ється пороговою U_B0, в поверхневому шарі між витоком і стоком через наявність діелектрика SiO₂ відбувається явище інверсії. В результаті створюється тонкий канал інверсійного шару, товщина якого і питома провідність для основних носіїв заряду збільшуються із зростанням напруги на затворі. Якщо при цьому до стоку прикласти напругу такої ж полярності, які на затворі, то струм стоку I_D зі збільшенням напруги U_GS зростає (див. стокзатворну та вихідну характеристики, рис. 1.23, в, г). Напругу U_B0 можна трактувати як напругу відсікан­ня U_GS0 польового транзистора з керуючим p—n-переходом (див. рис. 1.21, а). За зовнішнім виглядом вихідні вольт-амперні характе­ристики МОН-транзистора (рис. 1.23, б, г) аналогічні одноі'менним характеристикам польового транзистора з керуючим p—n-переxодом (рис. 1.21, б).

Відсутність струму стоку при нульовому зміщенні на затворі, а також однакова полярність напруги на затворі та стоку в МОН-тран­зисторів з індукованим каналом є сприятливою передумовою для по­будови високоекономічних імпульсних схем. При використанні МОН-транзистор ів в аналогових пристроях орієнтуються на їх дуже великий вхідний опір, що досягає через наявність шару діелектрика 10¹⁵ 0м.

Параметри польових транзисторів з ізольованим затвором в першо­му наближенні такі, як і в транзисторів з керуючим p—n-переходом. Полярність робочих напруг на електродах для різних типів польових транзисторів вказані в табл. 1.1.

Таблиця 1.1.Полярність	робочої напруги на електродах польових транзисторів
Тип транзистора	Тип кана­лу	Тип під­кладки	Режим роботи	UGS	UDS	UGS0
З керуючим p-n-переходом	p n	n p	Збіднення	>0 <0	<0 >0	>0 <0
МОН-структура з вбудованим каналом	p   n	n   p	Збіднення Збагачення Збіднення Збагачення	>0 <0 <0 >0	<0   >0	>0   <0
МОН-структура з на- веденим каналом	p n	n p	Збагачення	<0 >0	<0 >0	<0 >0

Тиристори

Електроперетворювальний напівпровідниковий прилад з трьома або більше p—n-переходами, вольт-амперна характеристика якого має ділянку від'ємного опору, називають тиристором. Такий прилад у колі змінного струму відкривається, пропускаючи струм в наван­таження, лише тоді, коли миттєве значення напруги на аноді досягає певного рівня або коли подається відмикаюча напруга на спеціальний керуючи електрод за відповідної напруги на аноді, що відрізняється від напруги перемикання.

За числом зовнішніх електродів тиристори поділяються на двох­електродні (діодні) та трьохелектродні (тріодні). Тиристори мають чотиришарову структуру напівпровідника з різного виду провідностями. Крайні шари — це анод і катод, а третій — це керуючий елек­трод. Діодні тиристори є перемикаючими приладами, а тріодні — ке­рованими. На рис. 1.24, а—ж показані конструкція силового тиристо­ра та умовні графічні позначення тиристорів згідно ДЕСТ 2.730—73*.

Типова чотиришарова структура тиристора типу p—n—р— n по­казана на рис. 1.25, а. Крайні шари p₁,n₂ з металічними контактами A та К (анод і катод) є емітерними, а p—n-переходи П1 та ПЗ— емітерними переходами. До анода та катода під'єднують джерело зовнішньої напруги. Середні шари n₁, p₂ являють собою базові області. База p₂ має металічний контакт, що називається керуючим електродом КЕ. Він приєднаний до зовнішнього джерела керуючої напруги E_G. Таким чином, у чотиришаровій структурі, так би мовити, об'єднані два тран­зистори в одному приладі: комбінації шарів, p₁—n₁—р₂— один тран­зистор, а комбінація шарів n₁—р₂—n₂—другий. Перехід П2 нази­вають колекторним для обох транзисторів. Вольт-амперна характе­ристика тиристора наведена на рис. 1.25, б.

Якщо струм у колі керуючого електрода дорівнює нулю ( i_G = 0 ), а між анодом та катодом прикладена невелика постійна напруга вказаної на рис. 1.25, а полярності менша за напругу U_(B0) (див. рис. 1.25, б), то переходи П1 та ПЗ зміщуються в прямому напрямі, а перехід П2 — в зворотному. При цьому більша частина напруги за рахунок зовнішнього джерела E_A спадає на зворотнозміщеному пере­ході П2.

З підвищенням зовнішньої напруги струм і_A зростає, оскільки збільшується зміщення переходів П1 таПЗ в прямому напрямі. При цьому зниження потенціального бар'єра переходу ПЗ призводить до інжекції електронів з емітера n₂ в базу n₁. Частина з них, уникнувши рекомбінації, досягає зворотнозміщеного колекторного переходу П2 і перекидається його полем в базу n₁. Зростання концентрації електро­нів у базі n₁ призводить до зменшення висоти потенціального бар'єра переходу П1. В результаті цього збільшується інжекція дірок з емітера p₁ до бази n₁. Дірки, продифундувавши через базу n₁, досягають переходу П2 і переводяться його полем у базу p₂. При цьому їх концентрація збільшується, що призводить до зниження потенціаль­ного бар'єра переходу ПЗ, збільшення інжекції електронів з емітера n₂ і т. д. Таким чином, у структурі розвивається лавиноподібний про­цес збільшення струму (ділянка 0а, рис. 1.25, б), що аналогічно наяв­ності позитивного зворотного зв'язку за струмом.

Коли зовнішня напруга U_A досягне U_(B0), внутрішній позитив­ний зв'язок викличе лавиноподібний процес інжекції основних носіїв заряду з емітерних областей у бази. Різке збільшення концентрації електронів у базі n₁ та дірок у базі p₂ призводить до швидкого (сумір­ного з тривалістю лавиноподібного процесу) зниження напруги U₂ зворотнозміщеного переходу П2, а отже, до зменшення напруги на ти­ристорі, оскільки U_A=U₁+U₂+U₃ (рис. 1.25, а). Це означає, що пряма вітка вольт-амперної характеристики чотиришарової струк­тури має ділянку від'ємного опору (ділянка ав на рис. 1.25, б), на якій зростання струму зумовлене зменшенням напруги.

З розвитком лавиноподібного процесу, коли відбувається вмикан­ня тиристора, струм в його зовнішньому колі зростає до значення, що залежить від навантаження R_H та напруги джерела живлення E_A. Робочою ділянкою вольт-амперної характеристики є ділянка cd. При цьому спад напруги між анодом та катодом тиристора невеликий, ос­кільки всі переходи зміщені в прямому напрямі.

Для вимикання тиристора необхідно зменшити прямий струм i_Aдо значення, що не перевищує значення струму затримування I_H (точ­ка с на рис. 1,25, б), або подати на тиристор напругу зворотної поляр­ності. Після зміни полярності зовнішньої напруги переходи П1 і П3 зміщуються у зворотному напрямі, а перехід П2 залишається прямо-зміщеним. Вольт-амперна характеристика така сама, як і у звичайно­го діода для зворотного вмикання (ділянка 0е). Напругу вмикання U_(B0) можна зменшити, якщо в коло однієї з баз (звичайно p₂), що прилягає до переходу П2, ввести від зовнішнього джерела E_G додаткове число носіїв заряду за рахунок струму керу­вання i_G. Регулюючи значення струму кола керування, можна зміню­вати рівень напруги вмикання, за якої виникає лавиноподібний про­цес розмножування носіїв заряду (рис. 1.25, б).

Основними статичними параметрами тиристора, що визначаються з його вольт-амперної характеристики, є: номінальний прямий струм I_TAV, що характеризує допустиме нагрівання тиристора за нормаль­них умов відводу тепла до номінальної температури; номінальний прямий спад напруги U_T(T0) на тиристорі при протіканні номінального струму; допустима зворотна напруга, яку можна тривалий час при­кладати до тиристора при його експлуатації. Ця напруга приблизно в два рази менша за пробивну напругу U_(BR), яка встановлюється ві­зуально за місцем згину зворотної вітки вольт-амперної характерис­тики на екрані осцилографа; напруга перемикання U_(B0), що являє собою найменшу пряму напругу, яка перемикає тиристор з закри­того у відкритий стан при розімкнутому колі керування; струм вимикання I_L, який є мінімальним прямим струмом, що підтримує тиристор у ввімкнутому стані безпосередньо після його вмикання і зняття імпульсу керування; струм утримування I_H, що є мінімальним прямим струмом, який, протікаючи через тиристор при розімкненому колі керування, не вимикає його.

До динамічних параметрів тиристора відносяться: час вмикання t_gL — інтервал часу між початком керуючого імпульсу, що подається на керуючий електрод, та моментом, коли значення прямої напру­ги U_A зменшиться до 10 % свого початкового значення; час вимикан­ня t_q — мінімальний інтервал часу між моментом проходження прямо­го струму і_A через нуль та моментом проходження через нуль повтор­но прикладеної прямої напруги, що не викликає вмикання тиристора; критична швидкість наростання струму (di_T/dt)_crit у відкритому ста­ні, яку тиристор може витримати без пошкоджень; критична швид­кість наростання напруги (dU/dt)_crit у закритому стані —найбільше значення швидкості наростання напруги, яке в певних умовах не ви­кликає перемикання тиристора із закритого стану у відкритий.

Коло керування тиристора характеризується мінімальними напру­гою та струмом, що забезпечують надійне вмикання тиристора за номінальних умов експлуатації, а також максимально допустимими напругою та струмом, що не викликають пошкодження тиристора. Імпульси керування вибирають короткими, з крутими фронтами, оскільки при цьому скорочується час вмикання та знижується потуж­ність комутаційних втрат. Однак тривалість імпульсу повинна бути більшою за час вмикання тиристора. Мінімальна тривалість керуючого імпульсу становить 15—20 мкс.

При виготовленні p—n-переходів напівпровідникових приладів ранніх випусків використовувались технологічні методи вирощування монокристала напівпровідника з розплаву і вплавлення домішки в монокристал (вирощені і сплавні p—n-переходи). Напівпровідникові прилади з такими p—n-переходами працювали на дуже низьких час­тотах. Робочі потужності цих приладів були невеликі. Тому головним завданням напівпровідникової електроніки в перше десятиріччя її існування було розв'язання двох проблем:

створення транзисторів, які спроможні підсилювати і генерувати електричні коливання у всьому діапазоні радіочастот аж до мілімет­рових хвиль;

збільшення робочих потужностей від частин вата до десятків і со­тень ват.

Скоро стало ясно, що розв'язання цієї проблеми здебільшого пов'я­зане з можливістю створення в глибині кристала і на його поверхні вкрай малих областей з особливими властивостями.

З метою зменшення площі p—n-переходу і відповідно його ємності розроблений електрохімічний метод, який дозволяє виготовляти так звані поверхнево-бар'єрні переходи, що конструктивно аналогічні сплавним. Суть цього методу полягає в тому, що на поверхні пласти­ни напівпровідника з допомогою тонкої струминки електроліта витрав­люється заглиблення (лунка), розміри якої визначають площу p—n-пе­реходу. В заглибленні на поверхню пластини електролітичним спосо­бом осаджують, а потім вплавляють відповідний метал, який є доміш­кою p- або n-типу. Так утворюється p—n-перехід, тобто контакт метал-напівпровідник. Напівпровідникові прилади з поверхнево-бар'єрними p—n-переходами (переходами мезаструктури) більш високочастотні порівняно з приладами, які мають вирощені або сплавні p—n-пере-ходи (переходи класичної структури).

Для переходів класичної структури характерне почергове розмі­щення шарів з різними типами провідності. В мезаструктурі окремі шари розміщені на підвищенні над монокристалом напівпровідника (основою), як на гірському плато (mesa). Однак у тому і другому ви­падках p—n-переходи виходять на поверхню кристала. При цьому на­віть незначне забруднення або зволоження області p—n-переходу спричиняє погіршення і нестабільність його параметрів.

У 1959 р. була запропонована так звана планарна технологія ви­готовлення напівпровідникових приладів, яка відкрила нову еру в мік­роелектроніці. Існує два різновиди планарної технології: планарно-дифузійна і планарно-епітаксійна. Етапи виготовлення p—n-переходів методом планарно-дифузійної показані на рис. 2.1. На поверхні однорідної пластини монокристала кремнію p-типу термічним окисленням кремнію формується тонка захисна плівка дво­оксиду кремнію SiO₂ (рис. 2.1, а). Електронно-дірковий перехід утво­рюється в об'ємі напівпровідника під цим захисним шаром, що запобі­гає дії різних зовнішніх факторів на p— n-перехід, а також відіграє важливу роль у процесі виготовлення планарних структур, забезпе­чуючи проникнення домішки в певні ділянки кристала.

Для цього способом фотолітографії виготовляється оксидна мас­ка. Пластину кристала кремнію з рівномірною тонкою (товщина 0,5 мкм) плівкою SiO₂ вкривають шаром світлочутливої емульсії — фоторезистом, тобто наносять на пластину кілька краплин фоторезиста і вміщують її у стіл центрифуги. Під час обертання під дією від­центрової сили фоторезист розтікається, утворюючи тонку рівномірну плівку (рис. 2.1, б), яку висушують.

Фоторезист чутливий до дії ультрафіолетового світла. На кремні­єву пластину накладають фотошаблон з рисунком ділянок, які в подальшому повинні бути оброблені, щільно притискують до пластини і освітлюють ультрафіолетовим світлом (рис. 2.1, в).

Світло, яке проходить через прозорі ділянки фотошаблона, впли­ває на фоторезист так, що засвітлені ділянки його полімеризуються і стають нерозчинними в проявнику. Потім пластини з фоторезистом піддають спеціальній обробці, в результаті якої вилучається лак з тих ділянок, на які не діяло ультрафіолетове випромінювання. Решта ді­лянок кремнієвої пластини, які покриті двооксидом кремнію, захище­ні полімеризованою плівкою фоторезисту. Якщо тепер діяти на плас­тину плавиковою кислотою, яка розчинює двооксид кремнію, то оксид­на плівка буде видалена саме з тих місць, де потрібно ввести домішку. Плавикова кислота не діє на полімеризований фоторезист, який, однак, тепер не потрібний і в подальшому змивається спеціальним роз­чинником.

Таким чином, у плівці двооксиду кремнію утворюється сукуп­ність вікон (рис. 2.1, г), а на поверхні пластини—потрібний рисунок, вигравійований у плівці. Ця плівка і являє собою оксидну маску, че­рез яку вводиться легуюча домішка. Домішка може бути введена в мо­нокристал кремнію тільки через відкриті вікна, оскільки шар двоок­сиду кремнію Si0₂ добре затримує дифундуючі речовини.

Через утворені вікна дифундують із газової фази домішки n-типу, і проникаючи вглиб кристала, утворюють n-острівці. Задовільна швид­кість дифузії буває при температурі порядку 1000—1200 °С. Оскільки провідність кристала p-типу, то між ним і острівцями утворюються p—n-переходи (рис. 2.1, д).

При планарно-дифузійній технології дифузія домішки відбуваєть­ся з поверхні кристала, що зумовлює малу чіткість меж p—n-переходів. При цьому домішка розподіляється нерівномірно по товщині ос­нови: концентрація на поверхні більша, ніж у глибині. Недостатня чіткість p—n-переходів знижує якість напівпровідникових приладів. Вказаний недолік значною мірою усувається за допомогою планарно-епітаксійної технології.

Планарно-епітаксійна технологія дозволяє нарощувати тонкий напівпровідниковий шар на напівпровідникову основу з будь-яким ти­пом провідності, при якій кристалічні гратки вирощеного шару є точ­ним продовженням кристалічних граток основи. Склад вирощеного шару епітаксійної плівки може відрізнятись від складу матеріалу ос­нови. Вирощений епітаксійний шар п-типу на підкладці р-типу пока­заний на рис. 2.2, а. Якщо виконати всі технологічні операції описа­ним вище способом по виготовленню оксидної маски за допомогою ме­тоду фотолітографії (див. рис. 2.1, б, в, г) і внести через розкриті вік­на p-домішку, то одержимо n-острівці епітаксійного шару і відповід­но p—n-переходи між острівцями і p-підкладкою (рис. 2.2, б). Вико­ристання тонкого епітаксійного шару при планарно-епітаксійній тех­нології дозволяє отримати рівномірний розподіл домішки по товщині і достатньо чіткі p—n-переходи.

Одне із важливих досягнень планарної технології є можливість за­хисту p—n-переходу від зовнішнього впливу. Утворені p—n-переходи і відповідні контакти виходять на одну площину підкладки (основи). Тому захисний шар, нанесений на поверхню основи, відіграє нe тільки важливу роль в процесі виготовлення планарних структур, забезпе­чуючи проникання домішки в певні ділянки основи, але й запобігає дії зовнішніх факторів на p—n-переходи. Їх можна додатково захис­тити ще легкоплавким склом, лаком, запресувати в пластмасу і т. п. Стало можливим автоматизувати найбільш трудомісткі процеси ви-готовлення напівпровідникових приладів — складання і герметиза­цію.

Процес фотолітографії у планарній технології дає змогу одержува­ти в кристалі напівпровідника області і p—n-переходи з лінійними розмірами не тільки в десятки, але й одиниці мікрометрів, що суттє­во розширило частотний діапазон напівпровідникових приладів. По­чали швидко розвиватись прилади із структурою метал—діелектрик— напівпровідник—МДН (МОН)-структури.

Однак найголовніше досягнення планарної технології полягає в тому, що вона дозволила одночасно в єдиному технологічному циклі виготовляти на одному кристалі велику кількість p—n-переходів і з'єднань між ними, а отже, і напівпровідникових приладів, об'єднаних в єдину інтегральну мікросхему. Саме тому планарну технологію, яка відкрила дорогу новому напряму в напівпровідниковій техніці — мік­роелектроніці, розглядають як другу революцію в електроніці.

Створення великих і надвеликих інтегральних мікросхем (ВІС і НВІС) — в центрі уваги сучасної мікроелектроніки і вимагає розвит­ку нових технологічних методів, які б дозволили різко підвищити ступінь інтеграції і швидкодію НВІС. Проте оксидні маски, які ство­рені методом фотолітографії, обмежені мінімальними розмірами еле­ментів у зв'язку з явищем дифракції світла на елементах рисунка. Мінімальний розмір елементів становить приблизно 1—2 мкм.

Подальше збільшення ступеня інтеграції компонентів мікросхем вимагає створення елементів з розмірами в десяті частки мікрометра. Для цього розроблено нові методи мікролітографії: електронний, рентгенівський та іонний. Найпоширеніша у виробництві сучасних мікросхем разом з фотолітографією електронна літографія.

Суть електронної літографії полягає в тому, що маска з потрібним рисунком створюється в процесі засвічування електронним потоком спеціального шару, який чутливий до електронів. Такий шар нази­вають електронним резистом. Дифракція електронів не є обмежуючим фактором у випадку використання електронних зондів з енергією електронів в десятки кіловольт. Практична межа роздільної здатнос­ті обробки визначається розсіюванням електронів в резисті і стано­вить 0,2 мкм.

Електронний резист засвічується за точно визначеним рисунком або з допомогою тонкосфокусованих пучків електронів, які відхиля­ються електричними і магнітними полями за заданою програмою з до­помогою ЕОМ або в результаті одночасного переносу зображення ри­сунка за шаблонами маски. Перший спосіб засвітки здійснюють при­строї, які називаються генераторами зображення, а другий — проек­тори.

Пристрої електронної літографії являють собою складний комплекс обладнання, до якого входять електронно-оптична система, джерело електронів і елементи, які формують електричні або магнітні поля для керуваніп рухом електронів; система завантаження—розванта­ження пластин; координатний стіл з прецизійним переміщенням; ЕОМ або мікропроцесор, який керує роботою всіх систем; система ва­куумного забезпечення, джерело стабілізованого живлення і різнома­нітні контрольні системи.

Дуже часто пристрої електронної літографії використовуються в змішаних процесах, коли велика частина операцій проводиться методом фотолітографії, а найбільш відповідальні ділянки обробляються електронним променем. При цьому досягається висока точність і особ­лива роздільна здатність обробки.