- strained silicon se dnes používá úplně běžně
Výroba křemíku pro polovodiče:
- Kýbl (Brennanova metoda) – nekontrolovatelné, 30. až 50. léta
- Nejlepší Czochralského metoda
Pásová struktura a kvantová jáma
- E=12mv2=12p2m
- p=h⋅k
- h je redukovaná planckova konstanta
-
- máme různě barevné ledky dle kvantové jámy
- Využívá se epitaxe ve směru (111), je nejvhodnější
- Scaling – zmenšuju tranzistory a tak musím ztenčovat tloušťku dielektrika, a ostatní parametry také měním
Přímé vs nepřímé polovodiče
- Si, SiC
- Křemík nesvítí, protože nerekombinuje přímo – dlouhé doby života
- GaAs, krátké doby života, hned to rekombunuje
Materiály pro výkonovou elektroniku
Šířka zakázaného pásu (dielektrická pevnost)
- ovlivňuje závěrné napětí, je to ionizační energie -> energie k tomu aby vznikl další pár. Zásadní parametr pro jejich činnost
- Větší zakázaný pás vede k menší nutné epitaxní vrstvě.
- Křemík vs 4H SiC. 10x větší dielektrická pevnost. Stačí mít 10x menší epitaxní vrstva. Součástka se stane 10x vodivější a 10x menší, při stejné dielektrické pevnosti.
- U diamantu složitá výroba, možné udělat mozaiku a na tom dělat čipy.
- V listopadu se podařilo, že na křemíku se udělají diamantové zárodky a vyroste diamantová vrstva. Možnost čtyřpalcové desky (osm palců v mikroelekronice minimum).
Saturační driftová rychlost
- µv→=µ⋅E→
- µJ=e⋅n⋅µn⋅E→
- Platí to jen u pružných srážek (malé elektrické pole – cca 104V/cm)
- Pro 90 nm : 1,5V90⋅10−7=1,7⋅105V/cm
- Cena : GaN, SiC přesahují křemík v rychlosti MoS Fetů a IGBT. Největší business je 900 – 1200 V. Tam může být i křemík a ten je levný.
- SiC donedávna nešel monokrystal, takže nešli vertikální součástky.
- Světová jednička ve výrobě a vývoji výkonové elektroniky je Infineon (Siemens)
Elektrony v krystalu
- Fermiho hladina = energetická hladina jejíž pravděpodobnost obsazení je 1/2
- Při absolutní nule (neexistují tepelné fluktuace) je Fermiho hladina poslední obsazenou energetickou hladinou v pásu.
- Když chci změřit hladinu rybníka při bouřce tak změřím střední hodnotu a to je Fermiho hladina.
Efektivní hustota stavů – kolik je stavů v pásu, kolik tam nacpu elektronu, jak je to koryto velký.
- Celková proudová hustota je dána driftovou a … složkou
- Tepelné napětí – fluktuace napětí vlivem brownova pohybu elektronů, významné pokud máme málo elektronů. Proto šumí velké odpory.
- Při teplotě 0K bude střední hodnota 0.026V -> vnutřní energie elektronů, mají ji statisticky rozloženou. -> chaotická vodivost
- Difůzní koeficient vs ambipolární difůzní koeficient
- Injekce minoritních nosičů -> zvyšují vodivost, ovládají tok proudu