Монокристаллы GaAs, легированные Si с низкой плотностью дислокаций, выращивают методом горизонтальной направленной кристаллизации (ГНК) в кварцевых контейнерах. Однако используемые контейнерные материалы имеют низкую механическую прочность, что не позволяет получить кристаллы большого диаметра. Применение метода ВНК частично устраняет присущие методу ГНК недостатки и позволяет получать легированные кремнием кристаллы диаметром до 100 мм с низкой плотностью дислокаций.

Основное применение имеет:

1) нелегированный полуизолирующий (ПИ) GaAs с высоким удельным сопротивлением (10⁷ Ом^.см). Используется при изготовлении высокочастотных интегральных схем (ИС) и дискретных микроэлектронных приборов. Помимо высокого удельного сопротивления монокристаллы нелегированного GaAs, применяемые в производстве высокочастотных приборов (особенно с использованием технологий ионной имплантации), должны иметь высокие значения подвижности носителей заряда и высокую макро- и микроскопическую однородность распределения свойств как в поперечном сечении, так и по длине выращенных слитков.

2) Сильнолегированный кремнием GaAs n-типа проводимости с низкой плотностью дислокаций. Применяется при изготовлении светодиодов и лазеров. Монокристаллы сильно легированного кремнием (10¹⁷-10¹⁸ см^-3) GaAs, помимо высокой проводимости, должны обладать достаточно совершенной кристаллической структурой. Они широко используется в оптоэлектронике для изготовления инжекционных лазеров, свето- и фотодиодов, фотокатодов, являются прекрасным материалом для генераторов СВЧ-колебаний (так называемых генераторов или Диодов Ганна). Применяются для изготовления туннельных диодов, способных работать при более высоких температурах, чем кремниевые, и на более высоких частотах, чем германиевые.

3) Монокристаллы полуизолирующего арсенида галлия, легированные хромом, используют в инфракрасной оптике.

4) Монокристаллы GaAs, легированные цинком или теллуром, применяют в производстве оптоэлектронных приборов

5) Входит в состав многих тройных и четверных твердых растворов.

Полупроводниковые микросхемы

Полупроводниковые микросхемы - микроэлектронные изделия, выполняющие определенную функцию преобразования и обработки сигнала, все элементы и межэлементные соединения которых выполнены в объеме и на поверхности полупроводника.

Полупроводниковые микросхемы  помещают в металлические корпуса или заливают пластмассой, например эпоксидной смолой, с соответствующими проволочными или ленточными выводами. Корпуса значительно увеличивают габаритные размеры микросхем. Применение полупроводниковых микросхем в цифровых и релейных схемах приводит к уменьшению их габаритов, массы и цены. Полупроводниковые микросхемы аналогового типа, например усилители, менее распространены из-за трудностей выдержать допуски на параметры всех элементов.

Полупроводниковые микросхемы  в настоящее время являются одним из наиболее перспективных направлений микроэлектроники, они позволяют создавать надежные и достаточно сложные в функциональном отношении схемы малых размеров. Основным преимуществом этого направления является возможность изготовления высококачественных активных элементов и относительно простое осуществление их защиты. Поскольку полупроводниковые микросхемы обычно изготавливают на кремнии планарно-эпитаксиальным методом, то защита поверхности может осуществляться просто окислением кремния.

Полупроводниковые микросхемы  могут рассеивать мощность 50 - 100 мВт, работать на частотах до 20 - 100 МГц, обеспечивать время задержки до 5 не.

Полупроводниковые микросхемы  в круглых корпусах из-за очень малых расстояний между выводами могут соединяться друг с другом только с помощью многослойных печатных плат.

Полупроводниковые микросхемы  нуждаются в температурной компенсации, для чего используют отрицательную обратную связь.

Полупроводниковая микросхема  - микросхема, все элементы и межэлементные соединения которой выполнены в объеме и на поверхности полупроводника.

Полупроводниковые микросхемы  в большинстве случаев являются изделиями широкого применения: одни и те же микросхемы используются в микроэлектронной аппаратуре различного назначения. Они выпускаются большими партиями; только при этом условии окупаются высокие затраты на разработку новых типов микросхем.

Функциональные полупроводниковые микросхемы характерны тем, что в них невозможно выделить отдельные структурные области, эквивалентные отдельным элементам. Такие схемы оцениваются в целом по выполняемой ими функции. Функциональные полупроводниковые микросхемы получают созданием локальных неоднород-ностей внутри кристалла, что дает возможность управлять потоком объемных зарядов с помощью электрических и магнитных полей.

Элементы полупроводниковой микросхемы соединяются в единую функциональную схему при помощи металлизированных проводников, которые соответствуют линиям связи в электрической принципиальной схеме. Допускается отклонение изображения металлизированного проводника на топологии по сравнению с эскизом задания. 

Транзисторы полупроводниковых микросхем могут иметь несколько отдельных эмиттеров при одной базе и одном коллекторе. Такие транзисторы называются многоэмиттерньши.

Конденсаторы полупроводниковых микросхем изготовляют либо на смещенном в обратном направлении р - / г-переходе, либо на основе структуры металл - окисел - полупроводник. В последнем случае обкладками являются металлическая пленка алюминия и полупроводник, а изолятором - окисел. 

В обычной полупроводниковой микросхеме вся рассеиваемая мощность выделяется в кремниевом кристалле, что вызывает повышение его температуры и снижение надежности из-за тепловых перегрузок. В совмещенной микросхеме рассеиваемая мощность распределяется между тонкопленочными резисторами и кремниевым кристаллом.

В полупроводниковых микросхемах  самыми распространенными являются конденсаторы на основе / 7-я-переходов. Их создание не требует дополнительных технологических операций, поскольку используются те же переходы, что и в транзисторной структуре. При этом используется барьерная ( зарядная) емкость р-п-пере-хода при обратном смещении. Удельная барьерная емкость Суд зависит от распределения примесей в прилегающих к переходу областях и от прилсженного напряжения.

Гибридная и плёночная микросхемы

Плёночные микросхемы

Подложки плёночных микросхем, которые изготавливают из сапфира, ситаллов, керамик и прочего, всегда обладают прямоугольной конфигурацией и толщиной порядка от 0,2 мм до 1 мм. Подложки не должны вступать в химические реакции с материалами плёнок, обязаны обладать низкой степенью шероховатости поверхности, должны обладать высоким электрическим сопротивлением. Нанесение плёнок на подложку осуществляют через трафарет, называемый маской. Выполнение плёночных конденсаторов и особенно катушек индуктивности по очень весомым причинам не рекомендуют, однако в отдельных случаях без них всё же не обойтись.

Толстоплёночные контактные площадки выполняют, например, возжжением паст, содержащих алюминий, медь, тантал или в редких случаях золото. Чтобы улучить адгезию металлических покрытий к подложке, на ней сначала формируют промежуточный слой никеля, который обладает лучшей адгезией, чем другие металлы, а уже на этот слой наносят требуемый материал.

Плёночные резисторы, которые выполняют нанесением на подложку паст, содержащих никель, керметы, тантал, хром и т.д. со связующим веществом, имеют прямоугольную конфигурацию. С целью повышения сопротивления резистора его выполняют в виде соединённых друг с другом многочисленных элементарных одинаковых участков Г-образной или П-образной конфигурации, которые повторяют до тех пор, пока не будет получено необходимое сопротивление.

Обычно сопротивление такого плёночного резистора может составлять от 0,05 кОм до 50 кОм, а получить много большее или много меньшее сопротивление затруднительно.

Плёночные конденсаторы имеют многослойную структуру и в общем случае образованы двумя электропроводящими плёнками, между которыми выполняют слой диэлектрической плёнки. Обкладки плёночных конденсаторов изготовляют из электропроводящих плёнок, содержащих алюминий, тантал, серебро, медь и подобные материалы. Диэлектрическую плёнку обычно получают из различных оксидов: окиси тантала, трёхсернистой сурьмы, двуокиси кремния, моноокиси германия и пр. Ёмкость плёночных конденсаторов обычно составляет от 10 пФ до 20 нФ.

Плёночные катушки индуктивности имеют спиралевидную форму и образованы нанесением токопроводящих плёнок на поверхность подложки.

Индуктивность таких плёночных катушек не превышает 10 мкГн.

Изготовление активных компонентов наслоением плёнок вызывает большие трудности.

Гибридные интегральные микросхемы

Обычно на диэлектрической подложке ГИС создают сугубо пассивные детали, например, постоянные резисторы. Активные дискретные компоненты, разработанные для использования в ГИС, не имеют корпусов, а для защиты от пагубного воздействия окружающей среды их покрывают капельками лака или компаунда. Транспортировку активных компонентов осуществляют в специальных контейнерах. Контактные площадки, созданные на подложке ГИС, необходимы для обеспечения взаимных соединений плёночных деталей, а также для подключений тонких проводников, которые осуществляют электрические контакты между тонкоплёночными и внешними дискретными компонентами. Активные компоненты, которые подключают к контактным площадкам, выполняют с жёсткими или с гибкими выводами. Детали с жёсткими выводами наиболее удобны для автоматической сборки ГИС, однако разработка таких изделий связана с определёнными трудностями. Конденсаторы с ёмкостью более 20 нФ и катушки индуктивности обычно не выполняют на подложке ГИС, а задействуют как навесные компоненты. В больших ГИС – сокращённо БГИС – в качестве внешних деталей применяют бескорпусные полупроводниковые микросхемы. Соединение компонентов ГИС с выводами корпуса осуществляют пайкой, микросваркой и т.п.

Цель работы

Изучение принципа действия, характеристик и параметров полупроводниковых диодных и транзисторных структур на основе германия и кремния.

Содержание работы

1. Определение вольт-амперных характеристик диодных структур транзисторов и характерных электрических параметров их. Исследование изменения электрических свойств диодов в зависимости от температуры.

2. Определение входных и выходных вольт-амперных характеристик транзисторных структур и исследование изменения электрических свойств транзисторов в зависимости от температуры.

Описание лабораторной установки

Лабораторная установка включает в себя измерительный блок и персональный компьютер (ПК).

Измерительный блок содержит управляемый источник тока, коммутатор образцов и преобразователь ток – напряжение. Управляемый источник тока предназначен для задания тока азы исследуемых транзисторов. Коммутатор схем включения служит для задания схемы эксперимента. Выбор необходимого объекта происходит с помощью коммутатора образцов. Измерение тока производится при помощи преобразователя трок – напряжение. Образцы помещены в термостат, там же расположен и датчик температуры. Необходимый режим работы термостата задается узлом управления нагревателя.

ХОД РАБОТЫ

Измерение по б-э

-30В обратное напряжение; 0.7В прямое напряжение

Измерение образец1 транзистор КТ306А без Т

Измерение образец1 транзистор КТ306А Т=70 °С

Прямое напряжение:

После увеличения температуры пороговое напряжение стало меньше, что наглядно видно на графики. Так же на графики видно, что при повышенной температуре сила тока увеличивается значительно сильнее, чем без нагревания.