Física 4.
Ing. Christian Aldaco.
 El
primer transistor creado fue el de
puntas de contacto en 1947 por John
Bardeen
 1948
Shockley propuso el transistor
bipolar de unión (npn pnp)
1948 Shockley propuso el transistor bipolar de unión (npn pnp)
Zona de trabajo
Directa-Inversa… Activa
Directa-Directa…Saturación
Inversa-Inversa…Corte
Inversa-Directa… Activa inversa
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 1951 Teal, Spark
y Buehler construyeron
el primer transistor de union bipolar con
posibilidades de comercio
 1.
Purificación del substrato (Fabricación de
obleas)
 2.-
Oxidación
 3.-
Litografía y Grabado
 4.-
Impurificación
1.
El primer paso en la fabricación de un dispositivo
semiconductor es obtener materiales
semiconductores, como germanio y silicio, del nivel
de impurezas deseado. Los niveles de impurezas de
menos de una parte en mil millones (1 en
1.000.000.000) se requiere para la mayor parte de la
fabricación de semiconductores de hoy día.
silicio
Germanio.

La materia prima se somete primero a una serie de
reacciones químicas y a un proceso de refinación de
zona para formar un cristal poli cristalino del nivel
deseado de pureza. Los átomos del cristal poli
cristalino se acomodan al azar, mientras que en el
cristal deseado los átomos se acomodan en forma
simétrica, uniforme, con estructura geométrica en
enrejado.
 La
operación final antes de que la fabricación
del semiconductor se lleve a cabo es la
formación de un solo cristal de germanio o
silicio. Esto se puede lograr usando la técnica
de Czochralski o la de zona flotante, la última
es la que se ha diseñado recientemente. El
aparato empleado en la técnica de Czochralski
se muestra en la siguiente diapositiva.
 Este
método es utilizado para la
obtención de silicio monocristalino
mediante un cristal semilla depositado
por un baño de silicio. Es de amplio uso
en la industria electrónica para la
obtención de wafers u obleas, destinadas
a la fabricación de transistores y circuitos
integrados.

El método consiste en tener un crisol (generalmente de
cuarzo) que contiene el semiconductor fundido, por
ejemplo germanio. La temperatura se controla para que esté
justamente por encima del punto de fusión y no empiece a
solidificarse. En el crisol se introduce una varilla que gira
lentamente y tiene en su extremo un pequeño monocristal
del mismo semiconductor que actúa como semilla. Al
contacto con la superficie del semiconductor fundido, éste
se agrega a la semilla, solidificándose con su red cristalina
orientada de la misma forma que aquella, con lo que el
monocristal crece. La varilla se va elevando y, colgando de
ella, se va formando un monocristal cilíndrico. Finalmente se
separa el lingote de la varilla y pasa a la fusión por
zonas para purificarlo.
Proceso de la creación de los cristales
Crisol usado en el proceso
Crisol después del proceso
Lingote de silicio monocristalino
El proceso parte de un cilindro de silicio
policristalino
 Se sostiene verticalmente y se conecta uno de sus
extremos a la semilla
 Una pequeña zona del cristal se funde mediante un
calentador por radio frecuencia que se desplaza a lo
largo de todo el cristal desde la semilla
 El Si fundido es retenido por la tensión superficial
entre ambas caras del Si sólido
 Cuando la zona flotante se desplaza hacia arriba, el
silicio monocristalino se solidifica en el extremo
inferior de la zona flotante y crece como una
extensión de la semilla

Cristal de silicio en el inicio del proceso
de crecimiento
Crecimiento del cristal de silicio
 La
estructura del cristal simple
producida puede cortarse en obleas
algunas veces tan delgadas como 1/1000
(ó 0.001) de pulgada
• Las obleas de Si se montan en un carrete de cuarzo
• Este se mete dentro de un tubo de cuarzo situado dentro de un
horno de apertura cilíndrica calentado por resistencia
T entre los 850 y
1100ºC
Dos tipos de oxidación: Seca y húmeda
Oxidación Húmeda
Se introduce vapor de agua en el horno
Si(s) +2H2O(g) → SiO2(s) + 2H2(g)
Es mucho mas rápida y se utiliza para crear óxidos gruesos
Oxidación seca
Se introduce gas de oxigeno puro
Si(s) + O2(g) → SiO2(s) + 2H2(g)
Se consiguen óxidos de mayor calidad pero es más lenta
Esta técnica no es apropiada para la creación de óxidos gruesos ya que se
puede producir una redistribución de las impurezas introducidas en los
anteriores procesos
Tipos de Hornos
Horno vertical
Horno horizontal
Se cubre la oblea con una fotoresina
+oSe hace incidir luz U.V. a través
de una mascara
Se ablanda (+) o se endurece (-)
la resina expuesta
Se elimina la fotoresina no
polimerizada con tricloroetileno
Grabado: se ataca con HCl o HF y
se elimina el SiO2 no protegido
por la fotoresina
Se elimina la fotoresina con
un disolvente Sulfúrico
SO4H2
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Grabado
Húmedo y Seco
(a) Húmedo:
• Baño de ácido fluorhídrico o
clorhídrico que ataca SiO2 no
protegido, pero no ataca al Si.
• Gran selectividad
• Problema: ataque isotrópico igual
en todas las direcciones
(b) Seco:
• Se usa un plasma con un gas ionizado
• Grabado Físico o químico
• Ataque anisótropo
• Menor selectividad
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4) Impurificación (adición de dopantes)
Dos métodos: Difusión e implantación iónica
Difusión
Se colocan las obleas en el interior de un
horno a través del cual se hace pasar un gas
inerte que contenga el dopante deseado.
T entre 800º y 1200º
C
Para Si tipo P el dopante más usual es el Boro y para tipo N se usa el
Arsénico y Fósforo.
Tienen una alta solubilidad en silicio en el rango de
temperatura de difusión.
Se puede distinguir entre dos formas al realizar la difusión:
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a) Con fuente ilimitada: cuando se mantiene la misma
concentración de impurezas durante el proceso
b) Con fuente limitada: se parte de una concentración inicial y no
se añaden mas dopantes
Normalmente se usan los dos métodos uno seguido del otro.
La profundidad de la difusión dependerá del tiempo y de la
temperatura.
La concentración de dopante disminuye monótonamente a medida
que se aleja de la superficie.
La técnica de difusión tiene el problema de que las impureza se
difunden lateralmente
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Técnicas de fabricación de semiconductores.