انواع پیوند نیم رسانا

تکنولوژی ساخت پیوندها مبحث بسیار گسترده‌ای است که دانش و تجربه گروههای تحقیقاتی و تولیدی متعددی را در این زمینه در بر می‌گیرد. با این وجود بدون سعی در تشریح دقیق این روشهای ساخت ، می‌توان برخی از روشهای بنیادی تشکیل پیوندها و زدن اتصالات مناسب به آنها را مورد بررسی قرار داد.

پیوندهای رشد یافته

یکی از روشهای اولیه ساخت پیوند ، روش پیوند رشد یافته ‌است. در این روش حین رشد بلور ، نوع ناخالصی در ماده مذاب به‌صورت ناگهانی عوض می‌شود. این روش ابتدایی رشد پیوند ، توسط روشهای انعطاف‌پذیرتری که در آنها پیوند بعد از رشد بلور ایجاد می‌شود، جایگزین شده ‌است. البته یک استثنا مهم در این مورد رشد رونشستی پیوندهای p - n است که بطور گسترده در مدارهای مجتمع و سایر کاربردها استفاده می‌شود.

پیوندهای آلیاژی

یک روش مناسب برای ساخت پیوندهای p - n ، آلیاژ کردن یک فلز حاوی اتمهای ناخالصی روی نیم رسانایی با ناخالصی مخالف است. این روش در دهه 1950 برای تولید دیود و ترانزیستور مورد استفاده قرار گرفت. به ‌این منظور ، نمونه‌ای که جهت آلیاژ انتخاب شده با ماده مورد نظر پوشش داده می‌شود و بعد از حرارت ، منطقه مذاب ایجاد می‌شود. با کاهش دما ، ناخالصی ماده پایین می‌آید و در مرز مشترک یک ناحیه دوباره رشد یافته ‌از بلور ناخالص تشکیل می‌شود.

پیوندهای نفوذی

در دهه 1960 روش نفوذی به عنوان یکی از متداولترین روشهای تشکیل پیوند p - n جایگزین روش آلیاژی شد. نفوذ ناخالصیها در یک جامد بر حسب حاملین بار اضافی است. نفوذ نتیجه حرکت تصادفی اتمها بوده و ذرات در جهت کاهش شیب تراکم ناخالصی نفوذ می‌کنند، البته در اینگونه موارد دما بالاست. بنابراین نفوذ ناخالصیهای آلاینده در یک نیم رسانا بسیاری از اتمهای نیم رسانا را از جای خود در شبکه خارج کرده و مکانهای خالی ایجاد می‌کند که توسط ناخالصیها پر می‌شود و بعد از سرد شدن بلور در آنجا می‌مانند.

کاشت یون

یک جایگزین مناسب برای نفوذ در دماهای بالا کاشت مستقیم یونهای انرژی‌دار در داخل نیم رسانا است. در این روش پرتوی از یونهای ناخالصی آن چنان شتاب می‌گیرد که ‌انرژی جنبشی آن می‌تواند از چندین kev تا چندین Mev متغیر باشد و سپس به سمت سطح نیم رسانا هدایت می‌شود. اتمهای ناخالصی بعد از ورود به بلور انرژی خود را از طریق برخورد ، به شبکه داده و در یک عمق نفوذ متوسط موسوم به برد کاشت متوقف می‌گردند.

پیوندهای فلز نیم رسانا

بسیاری از ویژگیهای سودمند یک پیوند p - n را با تشکیل اتصال مناسب فلز - نیم رسانا می‌توان بدست آورد. بدیهی است که چنین رویکردی به دلیل سادگی ساخت آن جالب توجه ‌است. پیوندهای فلز – نیم رسانا در یکسوسازی بسیار سریع مفید می‌باشند. وقتی که فلزی به نیم رسانایی متصل می‌شود، انتقال بار تا آنجا ادامه می‌یابد که ترازهای فرعی در حال تعادل هم سطح شوند. به ‌این منظور ، پتانسیل نیم رسانا نسبت به فلز افزایش می‌یابد. پتانسیل اتصال از نفوذ الکترونها از نوار رسانش نیم رسانا به فلز جلوگیری می‌کند.

پیوندهای ناهمگون

سومین رده مهم از پیوندها شامل پیوند بین نیم رسانای با شبکه تطبیق یافته ولی با شکاف نوار متفاوت است. مرز مشترک بین اینگونه نیم رساناها عاری از نقایص بلوری بوده و می‌تواند بلورهای پیوسته‌ای شامل یک یا چند پیوند ناهمگون بوجود آورد. قابلیت دسترسی به پیوندهای ناهمگون و ساختارهای چند لایه در نیم رساناهای مرکب افق وسیعی از امکان گسترش قطعات الکترونیک را در پیش رو قرار داده‌ است. در پیوندهای ناهمگون ترازهای فرعی دو نیم رسانا را هم سطح می‌کنند و یک فضای خالی برای ناحیه گذر در نظر می‌گیرند، پیوندگاه در نزدیکی طرف با ناخالصی شدیدتر قرار داده می‌شود. با ثابت نگه داشتن شکاف نواری در هر ماده نواحی نوار هدایت و ظرفیت بهم متصل می‌شود.

کاربردها

قطعات نیم رسانای p - n در صنعت الکترونیک نقش اساسی دارند. از جمله پیوندهای رشد یافته بویژه در مدارهای مجتمع حایز اهمیت است، چرا که توانسته ‌است مدارهای پیچیده شامل هزاران ترانزیستور ، دیود و مقاومت و خازن را روی یک تراشه نیمه رسانا جای دهد. پیوندهای نفوذی در ساخت IC ها نقش اساسی دارند که ‌امکان ساخت هزاران قطعه با پیوند p - n را در یک تراشه سیلیسیمی ‌با اتصالات داخلی مناسب فراهم می‌سازد.

کاشت یون بخصوص در ساخت مدارهای مجتمع سیلیسیم بسیار مورد توجه ‌است. پیوندهای فلز - نیمه رسانا در یکسوسازی بسیار سریع مفید می‌باشد و پیوندهای ناهمگون در ترانزیستورهای دو قطبی ، ترانزیستورهای اثر میدانی و لیزرهای نیمه رسانا مورد توجه‌اند.