6.4 Електронно-дірковий перехід. Методи отримання р-п-переходу

Прогрес в розвитку напівпровідникової електроніки зв'язаний з використанням контакту двох домішкових напівпровідників з різним типом провідності. Такий контакт одержав назву електронно-діркового переходу або р-п-переходу. Виготовити його шляхом механічного прилягання двох напівпровідників практично неможливо. Поверхня напівпровідників, як би ретельно вона не була очищена, містить величезну кількість домішок, забруднень і дефектів, що різко змінюють властивості напівпровідника. Тому успіх в освоєнні р-n-переходів був досягнутий лише тоді, коли навчилися робити їх у вигляді внутрішньої межі в монокристалічному напівпровіднику.

Розглянемо стисло основні методи отримання р-n-переходів.

Метод сплаву (сплавні р-n-переходи). Це один з найпоширеніших методів отримання переходів. Сутність його розглянемо на прикладі отримання р-n переходу шляхом сплаву германію n типу з індієм.

На кристал n-германія 1 кладеться індій 2 (рис. 6.8, а). Кристал поміщається в графітну касету 3 і витримується в печі при 500 – 600° С в атмосфері водню або аргону. При цьому індій розплавляється і у вигляді краплі 4 розчиняє в собі германій (рис. 6.8, б). При повільному охолоджуванні з розплаву випадає германій 5, насичений індієм. Він кристалізується у формі монокристала, орієнтованого однаково з монокристалом підкладки. Оскільки германій, що містить індій, має р-провідність, то на межі розплаву і монокристала германію, що має n-провідність,створюється р-n-перехід, що закристалізовується (рис. 6.8, в). Крапля індію 6 на поверхні германію відіграє роль омічного контакту, що має практично лінійну ВАХ. Такі контакти використовуються для під'єднування приладів в коло.

Метод витягування (витягнуті р-n-переходи). Сутність методу полягає в тому, що при витягуванні монокристала з розплаву (при виготовленні напівпровідникового монокристала) в нього вводять спочатку домішку, надаючи йому n-провідність, а потім р-провідність. Між двома такими частинами монокристала утворюється р-n-перехід.

Дифузійний метод (дифузійні р-n-переходи). Електронно-дірковий перехід може бути одержаний також дифузією акцепторної домішки в донорний напівпровідник або донорної домішки в акцепторний напівпровідник. Дифузію можна вести з газоподібної, рідкої або твердої фази. Глибина проникнення домішки і залягання р-n-переходу визначається температурою і часом проведення дифузії. Переходом служить межа, що відділяє області з різним типом провідності.

Рисунок 6.8 – Отримання р-n-переходу методом сплаву

Епітаксійний метод. Він полягає в осадженні на пластину, наприклад, кремнію n-типу, монокристалічної плівки кремнію р-типу. На межі цієї плівки і пластини утворюється р-n-перехід.

Метод іонного легування. Сутність методу полягає в тому, що поверхневий шар напівпровідника даного типу провідності за допомогою іонного пучка легується домішкою, що надає цьому шару провідність протилежного знаку.