ΙI Υιηθά γηα Ναλνειεθηξνληθέο...

32
ΙI Υιηθά γηα Ναλνειεθηξνληθέο Γηαηάμεηο Μάζεκα: Ναλνειεθηξνληθή Τερλνινγία – ΑΤΔΙ Πεηξαηά – Τκήκα Μεραληθώλ Τ.Δ.

Transcript of ΙI Υιηθά γηα Ναλνειεθηξνληθέο...

Page 1: ΙI Υιηθά γηα Ναλνειεθηξνληθέο Γηαηάμεηοauto.teipir.gr/sites/default/files/2i_dialexi.pdf · Ιi – Υιηθά γηα Ναλνειεθηξνληθέο

ΙI – Υιηθά γηα Ναλνειεθηξνληθέο Γηαηάμεηο

Μάζεκα: Ναλνειεθηξνληθή Τερλνινγία – ΑΤΔΙ Πεηξαηά – Τκήκα Μεραληθώλ Τ.Δ.

Page 2: ΙI Υιηθά γηα Ναλνειεθηξνληθέο Γηαηάμεηοauto.teipir.gr/sites/default/files/2i_dialexi.pdf · Ιi – Υιηθά γηα Ναλνειεθηξνληθέο

Αγσγνί – Μνλσηέο – Ηκηαγσγνί

10/23/2016 2 Ναλνειεθηξνληθή Τερλνινγία – ΑΔΙ Πεηξαηά Τ.Τ. – Σαξάθεο Παλαγηώηεο

Διηλεκηπικά ή Μονυηέρ

Μονυηήρ είλαη θάζε πιηθό ην νπνίν

δελ επηηξέπεη ηελ ειεύζεξε δηέιεπζε

ηνπ ειεθηξηθνύ θνξηίνπ από ηε κάδα

ηνπ.

Γελ ππάξρνπλ ηέλειοι μονυηέρ πνπ

λα απαγνξεύνπλ εληειώο ηε

δηέιεπζε ηνπ ειεθηξηθνύ θνξηίνπ.

Μεξηθά πιηθά ηηο πεξηζζόηεξεο

θνξέο ζπκπεξηθέξνληαη σο ηέιεηνη

κνλσηέο.

Μεξηθνί κνλσηέο είλαη ην πλαζηικό,

ηα κεπαμικά ςλικά, ηο γςαλί.

Δπίζεο ν αημοζθαιπικόρ αέπαρ

είλαη έλαο κνλσηήο.

Αγυγοί

Ωο αγυγοί ραξαθηεξίδνληαη ηα πιηθά πνπ επηηξέπνπλ ηελ ειεύζεξε θίλεζε ειεθηξηθώλ θνξηίσλ κέζσ απηώλ. Γελ ππάξρνπλ ηέιεηνη αγσγνί.

H αγσγή γίλεηαη κέζσ ησλ ελεύθεπυν θοπέυν (ηλεκηπόνια, οπέρ, ιόνηα) πνπ δηαζέηνπλ απηά ηα πιηθά.

Πνιιά μέηαλλα είλαη θαινί αγσγνί π.ρ. ν σαλκόρ (Cu) θαη ην αλοςμίνιο (Al).

Υπάξρνπλ θαη μη μεηαλλικοί αγυγοί π.ρ. γπαθίηηρ, αγώγιμα πολςμεπή

Ημιαγυγοί

Ημιαγυγόρ είλαη θάζε πιηθό πνπ έρεη εηδηθή

αληίζηαζε κε ηηκέο ανάμεζα ζε απηέο ησλ κνλσηώλ

(κεγάιε) θαη ησλ αγσγώλ (κηθξή) θαη πνπ εκθαλίδεη

ξαγδαία κείσζε ηεο εηδηθήο ηνπ αληίζηαζεο κε ηελ

αύμεζε ηεο ζεξκνθξαζίαο ηνπ.

H αγσγή γίλεηαη κέζσ ησλ ελεύθεπυν θοπέυν

(ηλεκηπόνια, οπέρ) πνπ δηαζέηνπλ απηά ηα πιηθά.

Τππηθνί εκηαγσγνί είλαη ην πςπίηιο (Si) θαη ην

γεπμάνιο (Ge). Αιιηώο ρξεζηκνπνηνύκε μη

μονομοπιακά ςλικά όπσο GaAs, InGaAs θ.α.

Γηα λα ιεηηνπξγήζνπλ ζαλ εκηαγσγνί ζε ζ δσκαηίνπ

ζέινπλ πποζμίξειρ όπσο θώζθνξν (P), αξζεληθό

(As), βόξην (B), αξγίιην (Αl) ή γάιιην (Ga).

Page 3: ΙI Υιηθά γηα Ναλνειεθηξνληθέο Γηαηάμεηοauto.teipir.gr/sites/default/files/2i_dialexi.pdf · Ιi – Υιηθά γηα Ναλνειεθηξνληθέο

Βαζηθέο Ιδηόηεηεο ησλ Υιηθώλ

Page 4: ΙI Υιηθά γηα Ναλνειεθηξνληθέο Γηαηάμεηοauto.teipir.gr/sites/default/files/2i_dialexi.pdf · Ιi – Υιηθά γηα Ναλνειεθηξνληθέο

Αγσγνί – Μνλσηέο – Ηκηαγσγνί

10/23/2016 4 Ναλνειεθηξνληθή Τερλνινγία – ΑΔΙ Πεηξαηά Τ.Τ. – Σαξάθεο Παλαγηώηεο

Διηλεκηπικά ή Μονυηέρ Αγυγοί

Φακειή Υςειή Μέηξηα

Ημιαγυγοί

Γηάθνξεο ηηκέο εr < 0 Γηάθνξεο ηηκέο

(εr,Si = 11.7)

Δηδηθή αγσγηκόηεηα

Γηειεθηξηθή ζηαζεξά

Υςειή (ξ > 102 Ω.m)

Φακειή (< 10-6 Ω.m)

Μέηξηα (10 Ω.m > ξ > 10-4 Ω.m)

Δηδηθή αληίζηαζε

Page 5: ΙI Υιηθά γηα Ναλνειεθηξνληθέο Γηαηάμεηοauto.teipir.gr/sites/default/files/2i_dialexi.pdf · Ιi – Υιηθά γηα Ναλνειεθηξνληθέο

Αηνκηθή Γνκή

10/23/2016 5 Ναλνειεθηξνληθή Τερλνινγία – ΑΔΙ Πεηξαηά Τ.Τ. – Σαξάθεο Παλαγηώηεο

22N n

Αλαιόγσο κε ηα άηνκα πνπ έρνπλ ζηε

ζηνηβάδα ζζέλνπο ηα πιηθά

ζρεκαηίδνπλ δεζκνύο

Απιή πξνζέγγηζε:

Η θάζε ζηνηβάδα κε θύξην θβαληηθό

αξηζκό n ρσξάεη 2n2 ειεθηξόληα

Page 6: ΙI Υιηθά γηα Ναλνειεθηξνληθέο Γηαηάμεηοauto.teipir.gr/sites/default/files/2i_dialexi.pdf · Ιi – Υιηθά γηα Ναλνειεθηξνληθέο

Σηνηβάδα Σζέλνπο θαη Σηνηβάδα Αγσγηκόηεηαο

10/23/2016 6 Ναλνειεθηξνληθή Τερλνινγία – ΑΔΙ Πεηξαηά Τ.Τ. – Σαξάθεο Παλαγηώηεο

Δλεξγεηαθό Γηάθελν

Άπεηξνο θξύζηαιινο

κε άηνκα δύν ζηνηρείσλ

Page 7: ΙI Υιηθά γηα Ναλνειεθηξνληθέο Γηαηάμεηοauto.teipir.gr/sites/default/files/2i_dialexi.pdf · Ιi – Υιηθά γηα Ναλνειεθηξνληθέο

10/23/2016 Ναλνειεθηξνληθή Τερλνινγία – ΑΔΙ Πεηξαηά Τ.Τ. – Σαξάθεο Παλαγηώηεο 7

Δλεξγεηαθό Γηάθελν ζηα Υιηθά

Page 8: ΙI Υιηθά γηα Ναλνειεθηξνληθέο Γηαηάμεηοauto.teipir.gr/sites/default/files/2i_dialexi.pdf · Ιi – Υιηθά γηα Ναλνειεθηξνληθέο

Βαζηθέο Ιδηόηεηεο Μνλσηώλ

Page 9: ΙI Υιηθά γηα Ναλνειεθηξνληθέο Γηαηάμεηοauto.teipir.gr/sites/default/files/2i_dialexi.pdf · Ιi – Υιηθά γηα Ναλνειεθηξνληθέο

Γηειεθηξηθά ή Μνλσηέο

• Μονυηήρ είλαη θάζε πιηθό ην νπνίν δελ επηηξέπεη ηελ ειεύζεξε δηέιεπζε ηνπ ειεθηξηθνύ θνξηίνπ από ηε κάδα ηνπ.

• Τέλειοι μονυηέρ πνπ λα απαγνξεύνπλ εληειώο ηε δηέιεπζε ηνπ ειεθηξηθνύ θνξηίνπ από κέζα ηνπο δελ ππάξρνπλ, αιιά κεξηθά πιηθά ηηο πεξηζζόηεξεο θνξέο ζπκπεξηθέξνληαη σο ηέιεηνη κνλσηέο.

• Μεξηθνί κνλσηέο είλαη ην πλαζηικό, ηα κεπαμικά ςλικά, ηο γςαλί. Δπίζεο ν αημοζθαιπικόρ αέπαρ είλαη έλαο κνλσηήο.

10/23/2016 9 Ναλνειεθηξνληθή Τερλνινγία – ΑΔΙ Πεηξαηά Τ.Τ. – Σαξάθεο Παλαγηώηεο

Σηνηβάδα Αγσγηκόηεηαο

(Valence Band)

Σηνηβάδα Σζέλνπο

(Valence Band) Δλέξ

γεη

α Σ

ηνηβ

άδ

αο (

eV

)

Δλεξ

γεη

αθό

Γηά

θελ

ν

Δb

g

Μεγάιν Ebg

ζηνπο

κνλσηέο

Page 10: ΙI Υιηθά γηα Ναλνειεθηξνληθέο Γηαηάμεηοauto.teipir.gr/sites/default/files/2i_dialexi.pdf · Ιi – Υιηθά γηα Ναλνειεθηξνληθέο

Μνλσηέο

• Τα ειεθηξηθά πεδία πνπ αλαπηύζζνληαη ζην εζσηεξηθό ηνπο δηαηεξνύληαη γηα απκεηά μεγάλο σπονικό διάζηημα.

• Καηά ηελ επίδξαζε ειεθηξηθνύ πεδίνπ ζηα πιηθά απηά δεκηνπξγνύληαη ηλεκηποζηαηικά δίπολα πος πποζαναηολίζονηαι καηάλληλα υρ ππορ ηο πεδίο (διεπγαζία πόλυζηρ) ελώ ε εηδηθή ειεθηξηθή ηνπο αληίζηαζε παξακέλεη πςειή. Η ηδηόηεηα απηή θαζνξίδεη βαζηθά ηε δηειεθηξηθή ζπκπεξηθνξά ηνπο.

• Η δηειεθηξηθή ηνπο ζπκπεξηθνξά πεξηγξάθεηαη από ηε διηλεκηπική ζηαθεπά (dielectric coinstant)

όπνπ ε ε δηειεθηξηθή ζηαζεξά ηνπ πιηθνύ εr ε ζρεηηθή δηειεθηξηθή ζηαζεξά θαη ε0= 8.854 × 10−12 F/m ε δηειεθηξηθή ζηαζεξά ηνπ θελνύ

10/23/2016 10 Ναλνειεθηξνληθή Τερλνινγία – ΑΔΙ Πεηξαηά Τ.Τ. – Σαξάθεο Παλαγηώηεο

0r

Με πνισκέλα

Πνισκέλα από εμσηεξηθή ηάζε V

V V

Page 11: ΙI Υιηθά γηα Ναλνειεθηξνληθέο Γηαηάμεηοauto.teipir.gr/sites/default/files/2i_dialexi.pdf · Ιi – Υιηθά γηα Ναλνειεθηξνληθέο

Μνλσηέο ζηε Μηθξν- θαη Ναλν-ειεθηξνληθή

10/23/2016 11

Υτηλό εr (HfO2)

Φαμηλό εr (πνξώδεο SiO2)

Μεγάιε

Φσξεηηθόηεηα ζηελ

πύιε ηνπ transistor

Μηθξή

Φσξεηηθόηεηα γηα κηθξή

αιιειεπίδξαζε

κεηαμύ γξακκώλ

Σπλήζε Γηειεθηξηθά: SiO2, Si3N4, HfO2

Page 12: ΙI Υιηθά γηα Ναλνειεθηξνληθέο Γηαηάμεηοauto.teipir.gr/sites/default/files/2i_dialexi.pdf · Ιi – Υιηθά γηα Ναλνειεθηξνληθέο

Βαζηθέο Ιδηόηεηεο Αγσγώλ

Page 13: ΙI Υιηθά γηα Ναλνειεθηξνληθέο Γηαηάμεηοauto.teipir.gr/sites/default/files/2i_dialexi.pdf · Ιi – Υιηθά γηα Ναλνειεθηξνληθέο

Αγσγνί

• Ωο αγυγοί ραξαθηεξίδνληαη ηα πιηθά πνπ επηηξέπνπλ ηελ ειεύζεξε θίλεζε ειεθηξηθώλ θνξηίσλ κέζσ απηώλ. Γελ ππάξρνπλ ηέιεηνη αγσγνί.

• H αγσγή γίλεηαη κέζσ ησλ ελεύθεπυν θοπέυν (ηλεκηπόνια, οπέρ, ιόνηα) πνπ δηαζέηνπλ απηά ηα πιηθά.

• Πνιιά μέηαλλα είλαη θαινί αγσγνί π.ρ. ν σαλκόρ (Cu) θαη ην αλοςμίνιο (Al).

• Υπάξρνπλ θαη μη μεηαλλικοί αγυγοί π.ρ. γπαθίηηρ, αγώγιμα πολςμεπή

10/23/2016 13 Ναλνειεθηξνληθή Τερλνινγία – ΑΔΙ Πεηξαηά Τ.Τ. – Σαξάθεο Παλαγηώηεο

Σηνηβάδα Σζέλνπο

(Valence Band)

Σηνηβάδα Αγσγηκόηεηαο

(Valence Band)

Σηνπο αγσγνύο Eg = 0

Η α

ιιε

ιεπ

ηθά

ιπς

ε δ

εκ

ηνπξ

γεί

π

ολ

λο

ύρ ε

λεύ

θεπ

ος

ρ θ

νξ

είο ζ

ε α

πηά

ηα

πιηθ

ά

Δλέξ

γεη

α Σ

ηνηβ

άδ

αο (

eV

)

Page 14: ΙI Υιηθά γηα Ναλνειεθηξνληθέο Γηαηάμεηοauto.teipir.gr/sites/default/files/2i_dialexi.pdf · Ιi – Υιηθά γηα Ναλνειεθηξνληθέο

Σύγκποςζη ηυν

ελεύθεπυν

ηλεκηπονίυν με ηα

ιόνηα ηος πλέγμαηορ

(κόξηα πνπ ηνπο ιείπεη

ην ειεθηξόλην)

10/23/2016 14

Αγσγνί: Ηιεθηξηθή Αληίζηαζε

Ναλνειεθηξνληθή Τερλνινγία – ΑΔΙ Πεηξαηά Τ.Τ. – Σαξάθεο Παλαγηώηεο

Μεηαιιηθά ηόληα πνπ ηαιαληώλνληαη

γύξσ από ηελ θεληξηθή ηνπο ζέζε

Ξέλα άηνκα ζην

πιέγκα

Διεύζεξα ειεθηξόληα

V-

Αξ

λεηη

θή

ηάζ

ε

V+

Θεη

ηθή

ηάζ

ε

Άδεηεο ζέζεηο

V dVR

I dI

Νόκ

νο

Ohm

Ηλεκηπική Ανηίζηαζη

Μεηάλλυν

Page 15: ΙI Υιηθά γηα Ναλνειεθηξνληθέο Γηαηάμεηοauto.teipir.gr/sites/default/files/2i_dialexi.pdf · Ιi – Υιηθά γηα Ναλνειεθηξνληθέο

10/23/2016 15

Αγσγνί: Υπνινγηζκόο Αληίζηαζεο – Δηδηθή Αληίζηαζε

Ναλνειεθηξνληθή Τερλνινγία – ΑΔΙ Πεηξαηά Τ.Τ. – Σαξάθεο Παλαγηώηεο

lR

A

Η αληίζηαζε είλαη αλάινγε ηνπ κήθνπο ηνπ

αγυγού ( l ) θαη αληηζηξόθσο αλάινγε ηεο

διαηομήρ ηος ( Α )

ρ = εηδηθή αληίζηαζε θαη είλαη ηδηόηεηα ηνπ θάζε

πιηθνύ ζε ζπγθεθξηκέλεο ζπλζήθεο (επεξεάδεηαη

από ηε ζεξκνθξαζία Τ).

Αγσγηκόηεηα: A

Gl

[Ω]

[S/m]

[Ω.m] [Ω•m]

1

[S=1/Ω]

Page 16: ΙI Υιηθά γηα Ναλνειεθηξνληθέο Γηαηάμεηοauto.teipir.gr/sites/default/files/2i_dialexi.pdf · Ιi – Υιηθά γηα Ναλνειεθηξνληθέο

Αγσγνί: Άζθεζε Ηιεθηξηθήο Αληίζηαζεο Καισδίνπ

d L = 10 cm

d = 1 cm Πολλά παράλληλα καλώδια

Πξόβιεκα

1. Πνηα ε αληίζηαζε ράιθηλνπ

ζύξκαηνο κήθνπο L=10 cm

θαη δηακέηξνπ d=1cm (Χαλκός: ρ = 1.68·10-8 Ω.m)

2. Πνηα ε αληίζηαζε 5 ηέηνησλ

παξάιιεισλ θαισδίσλ

Λύζε

A = πr2=π(d/2)2=0.785 cm2

R=ξ·L/A=1.68·10-8 · 10-2 / (0.785 · 10-4) Ω =

= 2.14 · 10-6 Ω = 2.14 κΩ

R5=R/5 = 0.428 κΩ

Χαλκός: ρ = 1.68·10-8 Ω.m

Page 17: ΙI Υιηθά γηα Ναλνειεθηξνληθέο Γηαηάμεηοauto.teipir.gr/sites/default/files/2i_dialexi.pdf · Ιi – Υιηθά γηα Ναλνειεθηξνληθέο

10/23/2016 Ναλνειεθηξνληθή Τερλνινγία – ΑΔΙ Πεηξαηά Τ.Τ. – Σαξάθεο Παλαγηώηεο 17

Μέηαιια ζην Back End of Line ησλ IC

Σε θάζε ηερλνινγία π.ρ. 22 nm,

14 nm ηο πάσορ ηος κάθε

μεηαλλικού ζηπώμαηορ είναι

ζηαθεπό

Παιηά (1997-) αινπκίλην (Al)

ρ = 2.65·10-8 Ω.m

Τώξα (1997+) ραιθόο (Cu)

ρ = 1.68·10-8 Ω.m

Αληίζηαζε

θύιινπ

Γηαζπλδέζεηο ηξαλδίζηνξ θαη δηαθνξεηηθώλ ππνζπζηεκάησλ

Σύγρξνλεο ηερλνινγίεο έρνπλ

~12 layers κεηάιινπ

Page 18: ΙI Υιηθά γηα Ναλνειεθηξνληθέο Γηαηάμεηοauto.teipir.gr/sites/default/files/2i_dialexi.pdf · Ιi – Υιηθά γηα Ναλνειεθηξνληθέο

Μέηαιια: Υπνινγηζκόο Αληίζηαζεο Φύιινπ

l L LR

A tW t W

s

LR R

W

Ανηίζηαζη Φύλλος

Sheet resistance (Rs) [Ω/□, Ω□]

s

R WR R

L L

W

sRt

Rs = 5Ω

R = 65 Ω 13 □

Rs Rs Rs

Rs

Rs

Rs Rs Rs

Rs Rs Rs Rs

Rs

Page 19: ΙI Υιηθά γηα Ναλνειεθηξνληθέο Γηαηάμεηοauto.teipir.gr/sites/default/files/2i_dialexi.pdf · Ιi – Υιηθά γηα Ναλνειεθηξνληθέο

Μέηαιια: Άζθεζε Ηιεθηξηθήο Αληίζηαζεο

Rtotal

R1

R2

R3

R4

+ ΓV - Πξόβιεκα

Αλ ε αληίζηαζε Rs = 5 Ω/□,

ππνινγίζηε:

• ηηο αληηζηάζεηο R1, R2, R3, R4

• ηε ζπλνιηθή αληίζηαζε Rtotal

Λύζε

R3 = Rs × 36 / 1 = 180 Ω

R1 = Rs × 36 / 4 = 45 Ω

R2 = Rs × 36 / 3 = 60 Ω

R4 = Rs × 36 / 2 = 90 Ω

Rtotal=R1//R2//R3//R4= Rs × 36/10 = 18 Ω

Page 20: ΙI Υιηθά γηα Ναλνειεθηξνληθέο Γηαηάμεηοauto.teipir.gr/sites/default/files/2i_dialexi.pdf · Ιi – Υιηθά γηα Ναλνειεθηξνληθέο

Μηθξνζθνπηθή Γνκή ζηξσκάησλ Φαιθνύ

Κάηοτη

νανοκαλυδίος Cu

Οη άζπξεο γξακκέο

δείρλνπλ ηα όξηα ησλ

θόθθσλ ηνπ Cu

Τα πιηθά θαηά ηελ θαηαζθεπή

ηνπο δνκνύληαη ζε

κπςζηαλλικούρ κόκκοςρ

Αλαιόγσο κε ηε κέζνδν

θαηαζθεπήο έρνπκε θαη ην

κέγεζνο ησλ θόθθσλ

Μέζε Διεύζεξε Γηαδξνκή (mean free path

– MFP) ησλ e- νξίδεηαη σο ε απόζηαζε

πνπ δηαλύνπλ κεηαμύ δύν ζπγθξνύζεσλ

ζηα ηαιαληνύκελα ηόληα

• Bulk: ην MFP εμαξηάηαη από ηα ηόληα

• Νανοκλίμακα: ην MFP εμαξηάηαη από

ηελ απόζηαζε κεηαμύ θόθθσλ αιιά θαη

ησλ δηαζηάζεσλ

Page 21: ΙI Υιηθά γηα Ναλνειεθηξνληθέο Γηαηάμεηοauto.teipir.gr/sites/default/files/2i_dialexi.pdf · Ιi – Υιηθά γηα Ναλνειεθηξνληθέο

Αληίζηαζε ζε Ναλνκεηξηθέο Γηαζηάζεηο

Ναλνλήκαηα – Nanowires

t = 130nm R

esis

tivity (

10

-8 Ω

.m)

Resis

tivity (

10

-8 Ω

.m)

Πάρνο Cu (nm)

Πιάηνο λαλνλήκαηνο Cu (nm)

Όηαλ νη διαζηάζειρ γίνονηαι ζςγκπίζιμερ με ηη μέζη ελεύθεπη διαδπομή

Δπεξεάδεηαη ε εηδηθή αληίζηαζε από ην πιάηνο θαη ην πάρνο ησλ γξακκώλ

bulk

ιεπηό

πκέλην

λαλνλήκα

Page 22: ΙI Υιηθά γηα Ναλνειεθηξνληθέο Γηαηάμεηοauto.teipir.gr/sites/default/files/2i_dialexi.pdf · Ιi – Υιηθά γηα Ναλνειεθηξνληθέο

Μέηαιια: Δμάξηεζε Αληίζηαζεο από Θεξκνθξαζία

0 0( ) 1 (T T )R T R a

Απμάλεηαη ε ζεξκνθξαζία

Μεγαιώλνπλ νη ηαιαληώζεηο ηνπ πιέγκαηνο

Απμάλεηαη ε εηδηθή αληίζηαζε ηνπ κεηάιινπ

Απμάλεηαη ε αληίζηαζε ηνπ θαισδίνπ

0 0( ) 1 (T T )T a

θαιώδην

• Τ ε ηξέρνπζα ζεξκνθξαζία, Τ0 ε ζεξκνθξαζία

αλαθνξάο, R0 = R(T0) ε αληίζηαζε ζηε

ζεξκνθξαζία αλαθνξάο

• α είλαη έλαο εκπεηξηθόο ζπληειεζηήο πνπ πξνθύπηεη πξνζεγγηζηηθά γηα θάζε πιηθό. Δμαξηάηαη από ηε

ζεξκνθξαζία. Γιδ α = α(Τ). Για απλούζηεςζη ηον θευπούμε ζηαθεπό για ένα εύπορ θεπμοκπαζιών.

Page 23: ΙI Υιηθά γηα Ναλνειεθηξνληθέο Γηαηάμεηοauto.teipir.gr/sites/default/files/2i_dialexi.pdf · Ιi – Υιηθά γηα Ναλνειεθηξνληθέο

10/23/2016 23

Δπηδεξκηθό Φαηλόκελν ζηα Μεηαιιηθνύο Αγσγνύο

Ναλνειεθηξνληθή Τερλνινγία – ΑΔΙ Πεηξαηά Τ.Τ. – Σαξάθεο Παλαγηώηεο

Σε πςειέο ζπρλόηεηεο ην ξεύκα δελ άγεηαη από όιε ηε δηαηνκή ηνπ πιηθνύ

Δμαηηίαο επαγσγηθώλ θαηλνκέλσλ ηα ειεθηξόληα

καδεύνληαη πξνο ηα ηνηρώκαηα ηνπ αγσγνύ

Τν βάζνο όπνπ ε ζπγθέληξσζε ησλ

ειεθηξνλίσλ πέθηεη ζην 1/e νλνκάδεηαη

skin depth θαη είλαη ίζν κε:

Η ζπγθέληξσζε εμηζνξξνπείηαη εμαηηίαο ησλ

απσζηηθώλ δπλάκεσλ κεηαμύ ησλ ειεθηξνλίσλ

2

2 f

Page 24: ΙI Υιηθά γηα Ναλνειεθηξνληθέο Γηαηάμεηοauto.teipir.gr/sites/default/files/2i_dialexi.pdf · Ιi – Υιηθά γηα Ναλνειεθηξνληθέο

Βαζηθέο Ιδηόηεηεο Ηκηαγσγώλ

Page 25: ΙI Υιηθά γηα Ναλνειεθηξνληθέο Γηαηάμεηοauto.teipir.gr/sites/default/files/2i_dialexi.pdf · Ιi – Υιηθά γηα Ναλνειεθηξνληθέο

10/23/2016 25

Ηκηαγσγνί

• Ημιαγυγόρ είλαη θάζε πιηθό πνπ έρεη εηδηθή αληίζηαζε κε ηηκέο

ανάμεζα ζε απηέο ησλ κνλσηώλ (κεγάιε) θαη ησλ αγσγώλ

(κηθξή) θαη πνπ εκθαλίδεη ξαγδαία κείσζε ηεο εηδηθήο ηνπ

αληίζηαζεο κε ηελ αύμεζε ηεο ζεξκνθξαζίαο ηνπ.

• H αγσγή γίλεηαη κέζσ ησλ ελεύθεπυν θοπέυν (ηλεκηπόνια,

οπέρ) πνπ δηαζέηνπλ απηά ηα πιηθά.

• Τππηθνί εκηαγσγνί είλαη ην πςπίηιο (Si) θαη ην γεπμάνιο (Ge).

Αιιηώο ρξεζηκνπνηνύκε μη μονομοπιακά ςλικά όπσο GaAs,

InGaAs θ.α.

• Γηα λα ιεηηνπξγήζνπλ ζαλ εκηαγσγνί ζε ζ δσκαηίνπ ζέινπλ

πποζμίξειρ όπσο θώζθνξν (P), αξζεληθό (As), βόξην (B), αξγίιην

(Αl) ή γάιιην (Ga).

Σηνηβάδα Αγσγηκόηεηαο

(Valence Band)

Σηνηβάδα Σζέλνπο

(Valence Band) Δλέξ

γεη

α Σ

ηνηβ

άδ

αο (

eV

)

Δλεξ

γεη

αθό

Γηά

θελ

ν

Δg Μηθξό Ebg ζηνπο

εκηαγσγνύο

Τν Εbg είλαη κηθξό έηζη ώζηε ζε Τ δσκαηίνπ κπνξνύλ λα

δημιοςπγούνηαι ελεύθεποι θοπείρ πνπ μεηαπηδούν

από ηε ζηνηβάδα ζζέλνπο ζηε ζηνηβάδα αγσγηκόηεηαο

Page 26: ΙI Υιηθά γηα Ναλνειεθηξνληθέο Γηαηάμεηοauto.teipir.gr/sites/default/files/2i_dialexi.pdf · Ιi – Υιηθά γηα Ναλνειεθηξνληθέο

Κξπζηαιιηθό Πιέγκα

10/23/2016 26 Ναλνειεθηξνληθή Τερλνινγία – ΑΔΙ Πεηξαηά Τ.Τ. – Σαξάθεο Παλαγηώηεο

Οη θξύζηαιινη

ραξαθηεξίδνληαη από

κία κνλαδηαία θπςειίδα

πνπ επαλαιακβάλεηαη Η θαηεύζπλζε [XXX] (π.ρ. [100]) νξίδεη ην δηάλπζκα πνπ πεξλάεη

από ην 000 θαη ην 111. Τν επίπεδν πνπ είλαη θάζεην ζε απηό ην

δηάλπζκα νλνκάδεηαη (ΦΦΦ).

Πποζαναηολιζμόρ κπςζηάλλος Si

Αλαιόγσο κε ηελ

θαηεύζπλζε αιιάδνπλ νη

ηδηόηεηεο

Page 27: ΙI Υιηθά γηα Ναλνειεθηξνληθέο Γηαηάμεηοauto.teipir.gr/sites/default/files/2i_dialexi.pdf · Ιi – Υιηθά γηα Ναλνειεθηξνληθέο

10/23/2016 27

Δμάξηεζε Ππθλόηεηαο Φνξέσλ από Θεξκνθξαζία

C FE

TC

E

kn N e

F VE

TV

E

kp N e

Γηα ην Si:

NC=2.86×1019 cm-

3 @ Troom

Γηα ην Si:

NV=2.66×1019 cm-3

@ Troom

Η ενέπγεια Fermi (EF) είλαη ε ελέξγεηα όπνπ ππάξρεη ίζε

πηζαλόηεηα ν θνξέαο λα είλαη είηε ζε πςειόηεξε ελέξγεηα

είηε ζε ρακειόηεξε.

/ 2 ln

2C V V

FC

E E NE kT

N

Σηνπο αλόζεπηνπο εκηαγσγνύο:

0 @ Troom

Ππθλόηε

ηα Φ

νξ

έσλ

νπέο

ειεθηξό

ληα

Page 28: ΙI Υιηθά γηα Ναλνειεθηξνληθέο Γηαηάμεηοauto.teipir.gr/sites/default/files/2i_dialexi.pdf · Ιi – Υιηθά γηα Ναλνειεθηξνληθέο

Δηζαγσγή Πξνζκίμεσλ ζην Si – I

10/23/2016 28 Ναλνειεθηξνληθή Τερλνινγία – ΑΔΙ Πεηξαηά Τ.Τ. – Σαξάθεο Παλαγηώηεο

Ππόζμιξη ζηο Si Τύπορ

ημιαγυγού

Boron (B) p

Phosphorus (P) n

Arsenic (As) n

Δηζαγσγή

Πξνζκίμεσλ

Αύμεζε ηεο

αγσγηκόηεηαο

ηνπ Si

Γεκηνπξγία ειεύζεξσλ ειεθηξνλίσλ

(ηύπνπ n) ή νπώλ (ηύπνπ p)

Page 29: ΙI Υιηθά γηα Ναλνειεθηξνληθέο Γηαηάμεηοauto.teipir.gr/sites/default/files/2i_dialexi.pdf · Ιi – Υιηθά γηα Ναλνειεθηξνληθέο

Δηζαγσγή Πξνζκίμεσλ ζην Si – II

10/23/2016 29 Ναλνειεθηξνληθή Τερλνινγία – ΑΔΙ Πεηξαηά Τ.Τ. – Σαξάθεο Παλαγηώηεο

Γηάηαμε εκθπηεπηή ηόλησλ Δκθύηεπζε Ιόλησλ Γηάρπζε Ιόλησλ

Δλεξγνπνίεζε θνξέσλ ζε κεγάιεο ζεξκνθξαζίεο

( >600 oC αλάινγα ηε δόζε, 30 min )

Page 30: ΙI Υιηθά γηα Ναλνειεθηξνληθέο Γηαηάμεηοauto.teipir.gr/sites/default/files/2i_dialexi.pdf · Ιi – Υιηθά γηα Ναλνειεθηξνληθέο

Δηζαγσγή Πξνζκίμεσλ ζην Si – III

10/23/2016 30 Ναλνειεθηξνληθή Τερλνινγία – ΑΔΙ Πεηξαηά Τ.Τ. – Σαξάθεο Παλαγηώηεο

Γηάηαμε εκθπηεπηή ηόλησλ

Page 31: ΙI Υιηθά γηα Ναλνειεθηξνληθέο Γηαηάμεηοauto.teipir.gr/sites/default/files/2i_dialexi.pdf · Ιi – Υιηθά γηα Ναλνειεθηξνληθέο

Δηζαγσγή Πξνζκίμεσλ ζην Si – IV

10/23/2016 31 Ναλνειεθηξνληθή Τερλνινγία – ΑΔΙ Πεηξαηά Τ.Τ. – Σαξάθεο Παλαγηώηεο Δηδηθή αληίζηαζε – ξ (Ω.cm)

Σπγθέλ

ηξσ

ζε θ

νξ

έσλ (

cm

-3)

Η ειδική ανηίζηαζη (ρ) είλαη ανάλογη

ηεο ζςγκένηπυζηρ ησλ ελεύθεπυν

θοπέυν δειαδή ησλ πποζμίξευν

Γεπμάνιο (Ge):

Υςειόηεξε θηλεηηθόηεηα θνξέσλ

Φακειόηεξε εηδηθή αληίζηαζε γηα

ιηγόηεξνπο θνξείο

Πςπίηιο (Si):

Yςειή εηδηθή αληίζηαζε όηαλ έρεη

ιίγνπο θνξείο (~104 Ω.cm)

Page 32: ΙI Υιηθά γηα Ναλνειεθηξνληθέο Γηαηάμεηοauto.teipir.gr/sites/default/files/2i_dialexi.pdf · Ιi – Υιηθά γηα Ναλνειεθηξνληθέο

ΙI – Υιηθά γηα Ναλνειεθηξνληθέο Γηαηάμεηο

10/23/2016 32

Τέινο γηα ζήκεξα …

Νανοηλεκηπονική Τεσνολογία

Θευπία: Γεπηέξα, 09:00 – 12:00

Επγαζηήπιο: Τξίηε, 09:00 – 11:00

Ναλνειεθηξνληθή Τερλνινγία – ΑΔΙ Πεηξαηά Τ.Τ. – Σαξάθεο Παλαγηώηεο