Varme-relateret båndgap-indsnævring og carriergenerering i halvledere

Varme-relateret båndgap-indsnævring og carriergenerering i halvledere
Et nærmere kig på temperatur-drevne elektriske effekter er nogle gange foranlediget af procesdata, der afslører uforudsete ændringer i tærskelspænding eller arkmodstand efter et høj-temperaturtrin. Opvarmning af en halvleder ændrer størrelsen af ​​energigabet mellem valens- og ledningsbåndene samt tætheden af ​​frie bærere.
Elektron-hulpar skabes, når elektroner bevæger sig fra valensbåndet ind i ledningsbåndet på grund af termisk energi. Antallet af mobile bærere, der er tilgængelige for ledning, stiger, efterhånden som produktet af elektron- og hulkoncentrationer stiger eksponentielt med temperaturen. Samtidig, når elektron-fononkoblingen øges og interatomisk adskillelse vokser, falder båndgab-energien. Faldet ses i almindelige materialer, herunder silicium, germanium og galliumarsenid og forklares af empiriske relationer som Varshni-ligningen.
Da gittervibrationer øger spredningen, falder bærerens mobilitet; ikke desto mindre, inden for realistiske procesområder, overvinder stigningen i bærerkoncentration typisk mobilitetsreduktionen. Der er et mellemtemperaturvindue i doterede materialer, hvor den indre dannelse stadig er lille, og de ydre bærere er fuldt ioniserede; ud over dette vindue stiger det indre bidrag hurtigt. Doperingsatomer spredes selv ved endnu højere temperaturer, hvilket ændrer de tilsigtede dopingprofiler og måske forringer enhedens ydeevne.
En selv-forstærkende sløjfe i arbejdskredsløb kan lukkes af ledningsevnens temperaturafhængighed. Når temperaturen stiger, falder modstanden, mere strøm flyder, mere strøm går tabt, og temperaturen bliver ved med at stige, indtil strukturelle skader er irreversible. Udglødning og epitaksial vækst er eksempler på kontrollerede opvarmningsprocesser, der målrettet udnytter disse fænomeners positive egenskaber og samtidig undgår deres skadelige yderpunkter.
En patronvarmer giver den nødvendige varme til alle fremstillingsværktøjer. En patronvarmer indsættes i metalblokke, der omkranser waferbåde i udglødningsovne. En patronvarmer bruges i kemiske-damp-aflejrings- og ætsningssystemer for at stabilisere kammerelementer. En patronvarmer bruges i forme og bindingsstadier af pakkemaskiner. For at producere de høje temperaturer, der er nødvendige for hurtig stressscreening, bruger teststikkontakter små udgaver af patronvarmeren.
To praktiske begrænsninger fremhæves ofte i operationelle optegnelser. Når der er mere end et par titus mikrometer frigang omkring patronvarmeren, indføres et isolerende luftlag, hvilket hæver de indre temperaturer og reducerer levetiden. For at forhindre lokal overophedning, selv når bulkaflæsninger virker normale, skal watt-tætheden fortsat være i overensstemmelse med den omgivende masses evne til at absorbere varme. Svejste tætninger og fyldmaterialer med høj-renhed foretrækkes i rene miljøer, hvor patronvarmeren også skal overholde strenge partikel- og udgasningsgrænser.
Verifikation af dielektrisk styrke efter opbevaring, tilpasning af kappelegering til procesatmosfæren og brug af lukkede-sløjfe-controllere, der måler temperatur tæt på den opvarmede overflade i stedet for på afstand, er yderligere forholdsregler. Patronvarmeren giver den homogenitet, der er nødvendig for ensartede resultater fra wafer-til-wafer, når disse forholdsregler tages.
Halvlederes opførsel ved høje temperaturer er defineret af bærergenerering, indsnævring af båndgab og muligheden for termisk løb. Evnen til at påføre varme med høj rumlig nøjagtighed er afgørende for proceskonsistens. Varmeelementer skræddersyet til specifikke behov er gavnlige til værktøjer med forskellig geometri, støvsugerforhold eller cyklusfrekvenser.