Od písku k procesoru — Tajemství tranzistorů | Kapitola 6
Seznam kapitol
Výroba integrovaného obvodu, jakým jsou například procesory nebo jádra grafických karet, vyžaduje stovky složitých operací a zabere mnoho času. Navážeme na článek, v němž jsme se věnovali výrobě waferu a vysvětlíme si, jak fungují a jak se vyrábějí tranzistory — základní stavební kámen integrovaného obvodu.
pohled dovnitř hotového a zapouzdřeného integrovaného obvodu (zdroj:
electronics.stackexchange.com)
V předchozích kapitolách jsem se pokusil stručně popsat, jak fungují polovodiče a tranzistory na úrovni přenosu elektrického proudu pomocí volných nosičů náboje (elektronů a děr). Na tyto informace nyní navážu samotným jádrem článku, kterým je proces výroby integrovaného obvodu. V již zmiňovaném prvním dílu série jsem se zabýval procesem výroby polovodičové desky (waferu), na které se integrované obvody vyrábějí. Tento postup v následujícím textu jen velmi stručně zopakuji (pro detailnější informace doporučuji onen starší článek pročíst) a navážu procesem výroby samotného integrovaného obvodu.
řez strukturou bipolárního tranzistoru NPN včetně kontaktů (zdroj: On Semiconductor)
V textu se zaměřím se na proces výroby bipolárních tranzistorů NPN s ponořenou vrstvou technologií SBC. Jde o ideální příklad, protože postup výroby obsahuje všechny důležité technologické kroky a přitom není až příliš složitý. Postup výroby jiných typů tranzistorů a dalších součástek v integrovaném obvodu (například rezistorů) je velmi podobný výrobě tohoto bipolárního tranzistoru. Liší se většinou jen ve sledu jednotlivých operací, případně počtu jejich opakování. Postup je také obecně nezávislý na použité technologii, jako je například litografické rozlišení. Případným zajímavosti a rozdíly u jednotlivých technologií uvedu až u popisu jednotlivých technologických kroků.
řez strukturou bipolárního tranzistoru NPN (zdroj: UMEL, FEKT VUT)
Na obrázku nad odstavcem je vidět řez strukturou bipolárního tranzistoru NPN, jehož výrobu budu popisovat. Jak už bylo řečeno v předchozím textu, bipolární tranzistor funguje jako zdroj proudu (výstupním proudem je kolektorový proud IC, který teče mezi kolektorem a emitorem) řízený proudem (vstupním proudem je bázový proud IB, který teče mezi bází a emitorem). Přechod mezi emitorem a bází je v běžném pracovním režimu polarizovaný jako dioda v propustném směru, přechod mezi bází a kolektorem v závěrném.
Z reálné struktury tranzistoru je dobře vidět, že emitor typu N, který tranzistoru dodává (emituje) veškeré elektrony je poměrně malý a je celý obklopen bází typu N. Ta je ve skutečnosti výrazně užší (viz obrázek o odstavec výše) a celá obklopena kolektorem typu N. Ten je u svého kontaktu a v ponořené (někdy též utopené) vrstvě silně dopovaný pětimocnou příměsí (tmavě zelená oblast N+). Toto silné dopování zlepšuje vodivou cestu mezi bází a kolektorem a zlepšuje vysokofrekvenční a spínací vlastnosti tranzistoru. Často jsou dokonce tyto silně dopované oblasti propojeny a mluvíme pak o tranzistoru se subkolektorem. Takové tranzistory pak mají dobré výkonové vlastnosti.
Komentáře naleznete na konci poslední kapitoly.
