Topicos Avanzados de electronica

7/21/2019 Topicos Avanzados de electronica

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INSTITUTO POLITCNICO NACIONAL

UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA EN INGENIERA Y

TECNOLOGAS AVANZADAS

Practica 1, Inveti!aci"ne#

Ai!nat$ra% TOPICOS AVANZADOS DE ELECTRONICA

D"cente% &$an 'an$e( Pe)a Ta*ia

A($+n" R"r-!$e) 'ancera A(.ert"

Gr$*"% /''0

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nice

Tecnologa Planar 3

Intr"$cci5n /Di*"itiv" 6*tic" c"n Tecn"("!-a P(anar en 7.ra 5*tica 8

Tecn"("!-a P(anar 9i*"(ar 4

Fotolitografa 9

Intr"$cci5n :

Pr"ce" e (a ;"t"(it"!ra;-a:

Obtencin de Obleas de silicio 10

Intr"$cci5n 1

Fa.ricaci5n 1

Impuricacin 11

Di;$i5n 11

I+*(antaci5n I5nica< Ener!-a = "i 1/

C"nc($i5n 14

Re;erencia 14

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Tecnologa Planar

Introduccin

Los circuitos integrados estn formados de pequeos chips de siicio os cuaestienen dispositi!os como transistores" #$T%s" resistencias" & capacitoresimpantados dentro de eos' Un simpe chip de siicio puede contener pocosdispositi!os o mies de eos'

Largos & compe(os circuitos pueden ser reducidos a medidas pequeas por atecnoog)a de circuitos integrados' Las t*cnicas han progresado a punto dondetoda una computadora puede ser construida en muchos chips' +ucha de aeectr,nica para dispositi!os como ampificadores de audio & sets de tee!isi,npueden ser fa-ricados en un simpe chip o en unos pocos de eos'

Circuitos ms pequeos & compe(os son soo dos de as !enta(as de oscircuitos integrados' Los circuitos integrados son fcimente fa-ricados usandoas t*cnicas de producci,n masi!a" por o que dispositi!os mu& compe(ospueden ser fa-ricados a mu& -a(o costo cuando grandes cantidades sonproducidas'

.esde entonces a tecnoog)a panar se ha con!ertido en e principa m*todo defa-ricaci,n de dispositi!os semiconductores & circuitos integrados &fuertemente ha contri-uido a despa/ar os !ie(os tipos de componenteseectr,nicos & puesto en marcha as nue!as apicaciones eectr,nicas'

Las t*cnicas de fa-ricaci,n de dispositi!os semiconductores de nuestrostiempos" as cuaes son0 m*todo de crecimiento de uniones & e m*todo deuni,n de aeaci,n

$n e m*todo de crecimiento de uni,n 1a2" un crista semiconductor crece apartir de un materia semiconductor fundido e cua esta dopado para con!ertiroa tipo n o tipo p 1para e caso de a figura se tomara e tipo p2'

$n cierto punto de proceso de crecimiento" a concentraci,n de materiadopante en e semiconductor fundido es cam-iada en forma instantnea" estoes mediante a adici,n de una 3p)dora4 que contiene impure/as de un cierto

tipo'$ste procedimiento da como resutado que e resto de crista que est enproceso de crecimiento ser ahora de tipo n' Cuando e crecimiento estacompetado" e crista es seccionado en pequeas -arras que contienenuniones p5n'Como se indica en a figura siguiente'

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a2 m*todo de crecimiento de a uni,n"

-2 m*todo de uni,n de aeaci,n" c2 tecnoog)a panar

Dispositivos pticos con Tecnologa Planar en fibraptica

La e!ouci,n de a tecnoog)a de a fi-ra ,ptica" en os 6timos aos" adado una disponi-iidad en os sistemas ,pticos en ampia & argo ancho de-anda que entretanto" permanece ociosa'

A utii/aci,n eficiente desde un amp)o acho de -anda requiere odesen!o!imiento de dispositi!os ,pticos que posi-iite integrar con una seapropagante para perdidas m)nimas acopar di!idir mutipe7or atenuar a seapropagante" que este se remue!a de interior de as fi-ras'Con este o-(eti!o" esta esta-ece una metodoog)a de fa-ricaci,n dedispositi!os de fi-ra de dispositi!os panares" as t*cnicas de puiment, de trocai,nica respecti!amente'

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Proceso inicia de a tecnoog)a panar

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Proceso intermedio de a tecnoog)a panar

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Proceso intermedio de a tecnoog)a panar

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Proceso fina de a tecnoog)a panar

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Fotolitografa

Introduccin

La principa caracter)stica de rea de #otoitograf)a es que tiene fitrada a u/utra!ioeta' Lo que permite tra-a(ar con fotoresinas & po)meros fotosensi-es aestas ongitudes de onda' $s un proceso empeado en a fa-ricaci,n dedispositi!os semiconductores o circuitos integrados' $ proceso consiste entransferir un patr,n desde una fotomscara 1denominada ret)cua2 a asuperficie de una o-ea' $ siicio" en forma cristaina" se procesa en a industriaen forma de o-eas' Las o-eas se empean como sustrato itogrfico" noo-stante e7isten otras opciones como e !idrio" /afiro" e incuso metaes' Lafotoitograf)a 1tam-i*n denominada 8microitograf)a8 o 8nanoitograf)a82 tra-a(ade manera anoga a a itograf)a empeada tradicionamente en os tra-a(os deimpresi,n & comparte agunos principios fundamentaes con os procesos

fotogrficos'Procesos de la fotolitografa

Preparaci,n de sustrato' Se empie/a depositando una capa de metaconducti!o de !arios nan,metros de grosor so-re e sustrato.

Apicaci,n de as resinas fotoresistentes' Se apica so-re a capametica otra capa de resina fotosensi-e' Suee ser una sustancia quecam-ia sus caracter)sticas qu)micas con a e7posici,n a a u/1generamente radiaci,n utra!ioeta2'

Introducci,n en e horno 1caentamiento igero2' $n esta etapa se fi(an as

resinas so-re e sustrato de siicio' $7posici,n a a u/' Se usa una paca 1denominada fotomscara2 con

reas opacas & transparentes con e patr,n a imprimir' La fotomscarase cooca interponi*ndose entre a paca preparada & a fuente uminosa"de este modo" se e7ponen a a u/" s,o unas partes de a fotorresina"mientras que otras quedan ocutas en a oscuridad'

9e!eado' $n esta fase" a fotoresistencia est preparada parareaccionar de forma diferente a un ataque qu)mico" de(ando e patr,n dea fotomscara gra-ado en a paca'

Introducci,n en e horno 1caentamiento fuerte2' Se fi(an os cam-ios que

a impresi,n ha reai/ado anteriormente' Apicaci,n de cido n)trico o agua fuerte' Se impian os restos de as

resinas fotorresistentes" de(ando a o-ea con as marcas originaes de afotomscara'

La itograf)a se empea en este compe(o proceso de ea-oraci,n &a que setiene un competo contro de tamao & dimensiones de as partes impresasso-re as o-eas de siicio" adems de poder trasadar os patrones de afotomscara a toda a superficie de a o-ea a mismo tiempo'

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Obtencin de Obleas de silicioIntroduccin

$n e sueo" por todo e paneta" a arena est constituida fundamentamente des)ica u ,7ido de siicio 1I:2' Tam-i*n conocido como cuar/o" en su formacristaina' Por supuesto" e proceso para pasar de esta arena a tener una o-eade siicio'una o-ea es una fina pancha de materia semiconductor" como pore(empo crista de siicio" so-re a que se constru&en microcircuitos mediantet*cnicas de dopado 1por e(empo" difusi,n o impantaci,n de iones2" gra-adoqu)mico & deposici,n de !arios materiaes' Las o-eas tienen" de esta manera"

una importancia ca!e en a fa-ricaci,n de dispositi!os semiconductores taescomo os circuitos integrados o as c*uas soares'

Fabricacin

$ in!entor de proceso que se utii/a para hacer crecer monocristaes de siiciofue e qu)mico poaco ;an C/ochras=?' Lo descu-ri," seg6n cuentan"por accidente' Supuestamente se equi!oc, a de(ar su puma en un criso deestao fundido en !e/ de en e tintero & a sacara o-ser!, que de a punta dea puma coga-a un hio de meta soidificado' Con este m*todo primiti!o eracapa/ de generar fiamentos de un mi)metro de grosor & de ms de un metro

de ongitud'$ proceso se perfeccion, cuando en os aos @ os La-oratorios Be oempearon para hacer crecer monocristaes de germanio' $ra cuesti,n detiempo que se empeara con otros semiconductores" como e siicio'

$ esquema es e siguiente0

Se dispone un contenedor con siicio atamente purificado 1msde un >>'>>>>2 en po!o" con as impure/as'

Se introduce una 3semia4 en e siicio fundido" o cua sucede aunos =@DC'

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Se genera e monocrista a partir de a semia" que rota" creandoun ingote ci)ndrico'

La semia es una pequea muestra de monocrista de siicio que se coocaso-re una sonda" que !a a rotar' $sta parte es ca!e puesto que ta como sea a

semia as) ser e monocrista que cre/ca a partir de ea' Una !e/ se introduceen e criso de siicio fundido se !a ee!ando mu& entamente mientras rota" a a!e/ que se !a formando e monocrista a partir de a punta'

.espu*s de este proceso perfeccionado en a actuaidad se ha-r o-tenido unmonocrista ci)ndrico de entre E5F mm de dimetro 1aunque se esperaacan/ar os G mm en e futuro2 & hasta dos metros de ongitud'

#inamente con e monocrista enfriado se puede proceder a su aminado eno-eas de = a F micras de grosor si son" por e(empo" para fa-ricar paneessoares' Si se empean en circuiter)a una !e/ fa-ricada a o-ea" so-re *sta se

puede imprimir e circuito deseado' La impresi,n de os circuitos puede hacersepor deposici,n qu)mica'

La orientaci,n es importante en tanto en cuanto muchas de as propiedadeseectr,nicas & estructuraes de os cristaes simpes son atamenteanisotr,picas' Por e(empo" a formaci,n de panos definidos en os cristaes enas o-eas soamente sucede en agunas direcciones concretas' Hra-ando aso-eas en dichas direcciones faciita su posterior di!isi,n en chips indi!iduaesde modo que os mies de miones de eementos de una o-ea media puedenser separados en mutitud de circuitos indi!iduaes'

$stndares de tamao = pugada' E pugadas 1@" mm2' Cai-re EJ@ Km' F pugadas 1J?"E mm2' Cai-re FJ@ Km' G pugadas 1= mm2' Cai-re @E@ Km' @ pugadas 1=E@ mm2' Cai-re ?E@ Km' ? pugadas 1=@ mm2' Cai-re ?J@ Km' pugadas 1E mm2' Cai-re JE@ Km'

Impurificacin

Difusin

Para producir a difusi,n de impure/as en e interior de semiconductor" secoocan as o-eas de mismo en e interior de un horno a tra!*s de cua sehace pasar un gas inerte portador que contenga e dopante deseado' $sistema es simiar a empeado en a o7idaci,n t*rmica' Los rangos detemperatura !an entre & =EDC para e siicio & ? & =DC para e

arseniuro de gaio' 1#igura ='E'F2

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Para e siicio" e dopante ms usua es e -oro en e caso de impure/as tipo p"& e ars*nico & f,sforo en e caso de impure/as tipo n' $stos tres eementostienen una ata sou-iidad en siicio 1@7=E cm5F2 en e rango de temperaturade difusi,n" como muestra a figura ='E'G' La introducci,n de estos dopantespuede hacerse de mu& diferentes formas a partir de fuentes s,idas 1BN"AsEOF" PEO@2" )quidas 1BBrF" AsCF" POCF2 & gaseosas 1BE?" AsF & PF2'Heneramente e materia eegido es transportado hasta a superficie desemiconductor por un gas inerte 1NE2'

Para a difusi,n de impure/as en e arseniuro de gaio" ha& que utii/ar t*cnicasespeciaes de-ido a a ata presi,n de !apor de ars*nico" para e!itar a p*rdidade *ste por e!aporaci,n' $stos m*todos especiaes incu&en a difusi,n enampoas seadas con una ata so-represi,n de ars*nico" & a difusi,n en unhorno a-ierto con una capa protectora de ,7ido dopado' Para dopado tipo p seutii/an aeaciones de Mn5Ha5As & MnAsE en e caso de ampoas seadas &

MnO5SiOE para e horno a-ierto' Como dopantes tipo n se utii/an tanto ea/ufre como e seenio' La figura ='E'@ muestra una fotograf)a de un horno dedifusi,n'

.iferentes sistemas de difusi,n" con fuentes )quidas" gaseosas & s,idas'

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Sou-iidad de diferentes sustancias en siicio en funci,n de a temperatura'

Implantacin Inica. Energa y dosis

La impantaci,n i,nica consiste en a introducci,n de part)cuas energ*ticas"cargadas" en e interior de un su-strato c,mo e siicio' La energ)a de os iones!a de rango F a F


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muestra a figura siguiente' La pro&ecci,n de esta distancia so-re e e(e de

incidencia se denomina rango pro&ectado" Rp ' Puesto que e n6mero de

coisiones por unidad de distancia recorrida & a energ)a perdida en cadacoisi,n son !aria-es aeatorias" por o que no todos os iones irn a parar a a

misma distancia de a superficie" sino que e7istir una distri-uci,n espacia deos iones que tienen a misma masa & a misma energ)a inicia' Lasfuctuaciones estad)sticas en e rango pro&ectado se denominan dispersi,n

pro&ectada" Rp ' $7iste tam-i*n una fuctuaci,n estad)stica a o argo de

e(e perpendicuar a a direcci,n de incidencia" & se denomina dispersi,n atera"R .

A o argo de e(e de incidencia" e perfi de as impure/as impantadas puedeapro7imarse por una funci,n gaussiana

.onde S es a concentraci,n de iones por unidad de rea 1dosis2'

La concentraci,n en e m7imo" Cp,n (x=Rp) es igua a0

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onclusin

Con a in!estigaci,n de os diferentes m*todos que se han ido creando parainno!ar a eectr,nica &a sea reduciendo os circuitos & optimi/ndoa" Loscircuitos integrados son fcimente fa-ricados usando as t*cnicas deproducci,n masi!a" por o que dispositi!os mu& compe(os pueden serfa-ricados a mu& -a(o costo cuando grandes cantidades son producidas'Hracias a a tecnoog)a de a fa-ricaci,n de semiconductores os circuitos sehan reducido como se puede o-ser!ar en a e!ouci,n de os o-(etoseectr,nicos como son ceuares" tee!isiones" computadoras" refrigeradores"aire acondicionado" microondas" etc

Todo esto se ha ogrado gracias a tratamiento de semiconductor 1siicio &

germanio2 in!estigando e inno!ndoo para optimi/ar su apicaci,n &apro!echar &a que es e segundo componente ms a-undante en a tierra' Laqu)mica es una parte mu& importante &a que est in!oucrada en e tratamientode semiconductor & sus propiedades e*ctricas para poder ograr o-tener oscomportamientos deseados en un circuito integrado' La ,ptica tam-i*n hainter!enido &o coa-orado en integrar con una sea propagante para perdidasm)nimas en a tecnoog)a panar'

9eferencias

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