Разработка магнитодиода (стр. 6 из 8)
5. Составление схемы электрической принципиальной устройства
Схема электрическая принципиальная датчика содержит две части (рис 5.1): согласующую; усилитель.
Магнитное поле изменяет сопротивление магнитодиода и, следовательно, входной ток транзистора, что приводит к изменению падения напряжения на резисторе R3
, с которого снимается выходное напряжение. Оптимальное значение индукции постоянного магнитного поля смещения Bсм зависит от R1. Выбором значения R2 можно в широких пределах изменять значения Bсм при заданном Bупр.Из множества операционных усилителей выбран измерительный операционный усилитель ОР-07, поскольку он отличается малым входным напряжением, малым напряжением шумов, достаточно большим коэффициентом усиления, широким диапазоном рабочих напряжений.
Усилитель ОР-07 в с своей структуре содержит входной усилительный каскад и конечный, между ними на элементах С1, С2, R8, R10, собирается схема фильтра.
| Удельное сопротивление, Ом· см | ||
| - исходное | >1· 108 | |
| - после термообработки 850оС, 60 мин. | >1· 108 | |
| Тип проводимости | р | |
| Подвижность носителей заряда, см2/В· сек | 6000 | |
| Плотность дислокаций, см-2 и распределение их по пластине | < 200однородное | |
| Концентрация остаточных примесей, см-3 | <1· 1014 | |
| Разброс характеристик по площади пластины,% | < 3 | |
| Концентрация глубоких уровней, см-3 | <1· 1014 | |
| Нарушение стехиометрии в объеме и на поверхности | отсутствует | |
Технология формирования транзисторных структур [7]
В настоящее время и в обозримом будущем ионная имплантация будет являться наиболее распространенным методом формирования активных слоев в массового производства ввиду таких очевидных преимуществ, как: простота осуществления, высокая однородность и воспроизводимость параметров имплантированных слоев, локальность метода. Характерной особенностью процесса в технологии GaAs является необходимость имплантации малых доз примеси и малые глубины залегания слоев. Основными требованиями к оборудованию для имлантации являются: контроль и воспроизводимость малых доз имплантируемой примеси, формирование пучков с малым разбросом по энергиям (моноэнергетических), контроль эмиссии источников ионов, контроль поперечного сечения пучка, подавление эффектов каналирования, контроль привносимых загрязнений, заряда и температуры пластин во время имплантации, отсутствие взаимодействия ионного пучка с конструкционными материалами установок имплантации.
Помимо имплантации, существенным моментом формирования активного слоя, является активационный отжиг, проводимый при температурах порядка 800 - 900о С.
Тре6ования к технологии формирования активных слоев приведены в таблице 6.2. [7]
Таблица 6.2
| Ионная имплантация | |
| Имплантируемые ионы | Si, Mg, Se, Be, B, Te, SiF2 |
| Энергия ионов, кэВ | 50 400 |
| Разброс по энергиям,% | 2 |
| Доза имплантации, см-2 | 1· 1012 5· 1013 |
| Точность поддержания дозы,% | 1 |
| Температура подложки, оС | 25 - 400 |
Режим обработки пластин приведены в таблице 6.3. [7]
Таблица 6.3
| Режим обработки пластин | групповой |
| Активационный отжиг | |
| Способ отжига | Термический в печи |
| Температура отжига, оС | 800-900 |
| Точность поддержания температуры., оС | 2 |
| Разброс температуры в пределах пластины, оС | 2 |
| Степень активации примеси,% | > 90 |
| Параметры активных слоев | |
| Концентрация примеси в канале, см-3 | 10-12 |
| Подвижность носителей заряда, см2/В* сек | 3500 |
Требования к технологии обработки поверхности. [7]
На заключительных стадиях производства технология обработки поверхности, в основном, определяется задачами, возникающими при осаждении металлических и диэлектрических слоев, травлении, формировании контактов и при проведении операций планаризации. Поэтому требования к технологии обработки поверхности на данных стадиях практически не отличаются от аналогичных требований технологии кремниевых пластин.
На начальных стадиях производства требования к технологии обработки поверхности определяются требованиями формирования границы раздела арсенида галлия с металлическими, диэлектрическими и полупроводниковыми слоями. Наиболее существенными из них являются: структурное совершенство и отсутствие нарушений стехиометрии поверхности GaAs, снижение поверхностной концентрации металлов и органики, пассивация поверхности полупроводника с целью задержки формирования естественного окисла. Однако основная трудность их реализации заключается в том, что они должны выполняться как при подготовке поверхности пластин к эпитаксиальному наращиванию (подготовка исходной поверхности), так и при очистке поверхности в окнах фоторезиста и (или) диэлектрика перед операцией нанесения металлизации омических контактов. Это свидетельствует о том, что одни и те же результаты очистки должны достигаться различными методами обработки (органические и неорганические составы, сухие процессы), а также их комбинацией, В каждом конкретном случае технология обработки будет определяться экономической целесообразностью.
В настоящий момент и в обозримом будущем жидкостные методы очистки будут использоваться наиболее широко, ввиду таких присущих водным растворам свойств, как высокая растворимость в них металлов, эффективная передача звуковой энергии при ультразвуковой очистке поверхности от загрязняющих частиц. Способы же обработки будут отличаться значительным разнообразием: обработка в разбавленных и чередующихся реактивах, обработка погружением и распылением, использование ультразвука, поверхностно-активных веществ, гидромеханической отмывки в воде и органических растворителях. Для технологии GaAs ИС наиболее принципиальными моментами являются: использование неокисляющих реактивов и сушка пластин без доступа атмосферного кислорода.
Требования к технологии обработки поверхности приведены в таблице 6.4.
Таблица 6.4
| Начальные этапы производства | |
| Привносимая дефектность, м-2 | 1400 |
| Размер частиц, мкм | 0,12 |
| Ширина исключаемой краевой области, мм | 3 |
| Эффективность удаления частиц,% | 95 |
| Поверхностная концентрация металлов, см-2 | 5· 1010 |
| Поверхностная концентрация органики (в пересчете на атомы углерода), см-2 | 1· 1014 |
| Расход деионизованной воды для операции промывки, л/см2 | 0.020 |
| Доля рециклируемой деионизованной воды,% | 50 |
| Микрорельеф поверхности (среднеквадратичное значение), нм | 0.20 |
| Завершающие этапы производства | |
| Привносимая дефектность, м-2 | 500 |
| Размер частиц, мкм | 0,12 |
| Поверхностная концентрация органики(в пересчете на атомы углерода), см-2 | 1· 1015 |
| Число разрывов, приходящееся на миллиард контактов | 0.8 |
| Число разрывов и закороток, приходящееся на километр линий электроразводки, км-1 | 0.2 |
| Сопротивление контактного окна, Ом | < 2 |
Технология изготовления магнитодиода.
Для изготовления магнитодиодов используют арсенид галлия p-типа проводимости с r³25 кОм·см и временем жизни носителей заряда более 600 мкс
Пластины арсенида галлия толщиной 0.4 ± 0.1 мм вначале шлифуют, полируют до 14-го класса шероховатости и стравливают нарушенный поверхностный слой. Проводится фотолитография для получения маски из фоторезиста под ионное легирование бором.
Ионное легирование проводится на ускорителе типа "Везувий" бором трехфтористым (BF3) с энергией 100 кЭв и дозой облучения 330 мкКл/см2. Поверхностное сопротивление легированной области должно быть rS= 800 Ом/ÿ. Таким образом, получается область p+-типа проводимости.
Удаление маски фоторезиста проводят плазмохимическим травлением в атмосфере кислорода. После обязательной межоперационной очистки пластин проводится вторая фотолитография для формирования маски из фоторезиста под легирование области фосфором.
Ионное легирование для формирования области n+ проводится фосфором треххлористым (PCl3) до получения удельного поверхностного сопротивления rS=130 Ом/ÿ.
После удаления фоторезиста и химической обработки пластин проводят повторное осаждение пиролитического окисла толщиной (0.4±0.1) мкм для формирования маски для получения контактов к легированным областям. Затем с помощью третьей фотолитографии вскрываются окна под контакты к областям p+ - и n+-типа, после чего на всю поверхность пластины наносится пленка сплава Al толщиной (0.8-1.5) мкм при температуре подложки 200 °C.