Взаимосвязь между внешне проявляющимися свойствами материалов и их внутренним строением, страница 14

Работоспособность как биполярных, так и полевых транзисторов в значительной степени зависит от качества исходного кристалла кремния. Кристаллы, имеющие относительно равномерные физические свойства и свободные от дефектов, можно вырастить с помощью так называемого метода Чохральского. Плавильный тигель заполняется кремнием и в нем поддерживается температура примерно на 100 ^о с выше температуры плавления кремния, которая равна 1958 ^о с. Затем в расплав погружается небольшой затравочный кристалл кремния. Затравочный кристалл медленно вытягивается из расплава и одновременно вращается. В процессе вытягивания атомы кремния из расплава осаждаются на затравочном кристалле. Кристалл растет до тех пор, пока не достигнет нужных размеров. Современная технология позвоЛЯеТ выращивать кристаллы кремния диаметром до 1 50 мм, а в ближайшем будущем, возможно, удастся получать кристаллы диаметром до 200 мм.

Вырастить кристаллы 66ЛЬШИХ диаметров очень трудно, так как возникающие в расплаве потоки приводят к образованию неоднородностей в структуре кристалла. Потоки в расплаве создаются за счет наличия в нем градиентов температуры и плотности. Чтобы замедлить движение жидкости, исследователи пытаются воздействовать на тигель с расплавом магнитным полем. Кроме того, поскольку гравитационное поле является одной из причин возникновения потоков в расплаве, заманчивой представляется идея провести эксперимент по выращиванию кристаллов сверхбольших диаметров на борту космической станции.

вЫ РЛ[ЦЕННЫИ 1 кристалл разрезается на плас ШВЫ. которые затем полируются. [осле этого ПЛаСТИны становятся такими гладкими, что шероховатости на их поверхности не превышают 10 А (100-миллионных долей метра). Этот размер очень мал, он соответствует примерно длине цепочки выстроенных в ряд 10 атомов водорода.

После полировки пластины готовы для производства интегральных схем . Процедура изготовления простейшего полевого транзистора наглядно показывает, насколько сложная задача стоит перед теми, кому предстоит производить приборы будущего. Вначале пластина нагревается в атмосфере кислорода до температуры 800 К. При этом на поверхности пластины образуется тонкий слой диоксида кремния. Затем поверхность покрывают пленкой полимера — фоторезистом. Рисунок интегральной схемы создается в слое фоторезиста путем удаления последнего на определенных участках воздействием на него электромагнитным излучением или заряженными частицами и последуюЩеГО травления. В местах, где будет удален фоторезист, диоксид кремния вытравливается до чистого кремния.

На следующей стадии пластина легируется ионами (заряженными атомами), чтобы непосредственно под поверхностью создать области с заданными электронными свойствами, отличными от свойств других областей в толще пластины. Один из нежелательных эффектов ионной бомбардировки заключается в том, что она нарушает кристаллографическую структуру материала пластины. Для восстановления его структуры пластина подвергается отжигу, т, е. медленному нагреву. Отжиг проводится одновременно с созданием еще одного слоя диоксида кремния (толщиной около ЗОО А) на той же стороне пластины, которая подверглась бомбардировке. Эта оксидная пленка в отличие от первой должна выдерживать сильные электрические поля (порядка сотен тысяч вольт на сантиметр), прикладываемые к затвору полевого транзистора в рабочем режиме.

Затем на пластину осаждают различные металлы и сплавы. При этом, как правило, используются три способа: вакуумное напыление, катодное распыление и химическое осаждение из газовой фазы. При вакуумном напылении на пластину осаждаются атомы, испаряющиеся с поверхности горячего металла в вакуумной камере. При катодном распылении нужные для осаждения атомы «выбиваются» с поверхности металлической мишени пучком тяжел ых ионов (заря-