Чистота кремния и плотность электронных характеристик [закрыто]

Это удивительно сложный вопрос.

Итак, в первую очередь, для серийно выпускаемых микропроцессоров критично то, что это надежные, хорошо зарекомендовавшие себя транзисторы и диоды, основанные на p-n-переходах.

Надежность подразумевает, что полупроводниковый переход ни при каких обстоятельствах не должен вести себя как металл. Однако все полупроводники делают это, как только вы слишком сильно их легируете.

Это означает, что для коммерческих полупроводниковых устройств вам нужны так называемые слабо легированные полупроводники. Очевидно, вы хотите, чтобы легирующие атомы были преобладающими не кремниевыми атомами, поэтому любой другой вид атомов, чтобы он не был действительно незначительным для задействованных полос, должен быть по крайней мере на два или три порядка реже.

Итак, что такое слаболегированный полупроводник ? Определения различаются, но вывод состоит в том, что полупроводник не должен быть вырожденным, т. е.

Здесь,$E_c$и$E_v$- энергии в проводящей и валентной зонах, каждая из которых фиксирована для данного полупроводника.$\mu$однако это так называемый уровень Ферми , который является уровнем «равновесия вероятности заполнения». Другими словами, при комнатной температуре электрон с большой вероятностью (50%) будет находиться на этом уровне энергии. Неравенство, указанное выше, требует, чтобы расстояние от этого уровня до краев полосы было достаточно большим, чтобы избежать внезапного самопроизвольного протекания зарядов.

$\mu$зависит от легирования, поскольку зависит от числа носителей заряда. Я не специалист по производству полупроводников, но могу предположить, что при типичном увлечении в районе$10^{-15}\text{cm}^{-3}$, и молярной массы кремния, вы можете получить представление о том, что технически необходимо для чисто кремниевых бипереходных транзисторов. Затем добавьте некоторый запас безопасности — структуры очень малы, поэтому кластер, скажем, из 3 нежелательных атомов уже может быть довольно большим, поэтому вероятность этого должна быть снижена до уровня ниже вашего приемлемого выхода. Это сводится к компромиссу размера/стоимости/надежности/выходности, и общего ответа дать нельзя.

Теперь эти расчеты основаны на предположении, что мы работаем с кремниевой пластиной с «естественной» кремниевой решеткой — и в действительности современные ИС основаны на КНИ — кремнии, натянутом на изолятор (обычно SiO 2 ₎ . На самом деле очень трудно говорить о чистоте в этом контексте.