二极管的制造工艺有哪些?

制造二极管主要是制造一个PN结。它是采用某种工艺方法,将同一块半导体制成P型和N型两部分,在P、N型半导体的结合面就形成PN结。但不能将一块P型半导体和一块N型半导体黏合在一起的接触面看成是PN结。

一般采用掺杂补偿制造工艺能获得PN结,常用的方法有合金法、电形成法和平面扩散法。

1.用合金法制造二极管

在N型硅上放一块铝,然后在高温炉中加热至680~700℃,铝和硅便在接触处相互熔合、渗透形成合金,如图1-11(a)、(b)所示。经这样烧结,熔合了3 价铝的那部分N型硅就转变为P型硅,于是在P型硅和N型硅交界处就取得PN结。采用这种合金法时,如果精确掌握烧结温度与时间,可控制掺杂铝的补偿浓度,从而制取需要的PN结。

二极管的制造工艺有哪些?  

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 合金法制造的PN结

用合金法制得PN结,其交界处是一个近似球台的“面”,而不是一“点”。所以合金法制得的PN结允许通过较大电流,一般为几百毫安至几十安。

实际用合金法制得的PN结(包括N型硅片)体积还不足1mm3,如图1-11(c)所示。因此需在P区引出正电极和在N区引出负电极,再用树脂材料封装,并在表面印刷型号标记,才成为如图1-11(d)所示的二极管产品。制造整流二极管、稳压二极管通常采用合金法。

2.用电形成法制造二极管

在N型锗片上放一根很细的镓合金丝,并保持良好接触,然后通入脉冲电流的一个脉冲,保证电流在几安内,通电时间为0.1~0.4s。在脉冲电流作用下加热,合金丝尖端就熔化掺入N型锗片中。熔入3价镓的那部分N型锗就转变成P型锗,从而制得PN结。因金属丝很细,形成PN结的面积很小,称为点接触型PN结。这类PN结通过的电流一般较小,多在几十毫安以下。制造如图1-12所示的2AP9型检波二极管通常采用电形成法。

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 电形成法制取PN结

3.用平面扩散法制造二极管

平面扩散法制取PN结是通过图1-13所示的六道工艺过程完成的。

二极管的制造工艺有哪些?  

平面扩散工艺制造PN结

❶ 衬底研磨打光:衬底是掺杂浓度很高的N型硅片,用N+表示,其电阻率很低。研磨打光是使其表面光滑平整。

❷ 外延N层:把SiCl4置于高温下进行氢还原,或使硅烷SiH4热分解,在底衬上生成一层约几微米厚的晶体结构相同的高温N型外延层。外延层电阻率很高,可以提高PN结的击穿电压和减小结电容。

❸ 氧化:让硅片在高温下与氧气反应,使N型硅片上表面生成一层二氧化硅保护膜。

❹ 光刻窗口:利用照相技术把需要进行掺杂补偿区域(窗口)的二氧化硅保护膜除掉。

❺ 硼扩散、氧化:将经上述工序的硅片放入一只高温石英管内,再在管内放入掺杂的固态三氧化二硼或液态硼酸三甲脂,然后加热使掺杂物产生蒸气。蒸气便通过窗口进入N型硅表面起化学反应,使硼原子不断地向N型外延层中扩散。经过一段时间,窗口下面的一层N型硅就转化为P型硅,并产生PN结。再在高温下氧化,形成二氧化硅把窗口封住。

❻ 光刻、蒸铝、焊电极:进行光刻,把焊电极处保护膜脱去,接着在真空容器中加热铝,使铝升华为蒸气,沉积到P区表面形成铝膜,然后从铝膜上焊出铝电极。

平面扩散法能使制成的PN结外面有一层二氧化硅薄膜,保护PN结不受外部水汽和污物沾染,性能稳定。开关二极管一般采用这种工艺生产。此外,平面工艺采用光刻技术,可在一块硅片上同时制造上千只管芯,管子参数一致性较好,生产效率也高。


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