В первой части мы рассмотрели вкратце физику кремния, технологии микроэлектроники и технологические ограничения. Теперь поговорим о физических ограничениях и физических эффектах, которые влияют на размеры элементов в транзисторе. Их много, поэтому пройдемся по основным. Здесь придется уже влезть в физику, иначе никак.

Disclaimer: Когда-то давно и сам баловался написанием статей про изготовление чипов, а в серии статей «Взгляд Изнутри» даже заглядывал внутрь оных, т.е. тема мне крайне интересна. Естественно, я бы хотел, чтобы сам автор оригинальной статьи опубликовал её на Хабре, но в связи с занятостью он разрешил мне перенести её сюда. К сожалению, правила Хабра не разрешают прямую копи-пасту, поэтому я добавил ссылки на источники, картинки и немножко отсебятины и постарался чуть-чуть выправить текст. Да и статьи (1 и 2 ) по данной теме от amartology знаю и уважаю

Физические эффекты в микроэлектронике

Порядок основных величин для кремния

Концентрация атомов кремния в кристалле – 10²² см^-3 Концентрация собственных электронов и дырок при комнатной температуре – 10¹⁰ см^-3 Концентрация примесных атомов с слаболегированных областях – 10¹⁶-10¹⁸ см^-3 Концентрация примесных атомов с сильнолегированных областях – 10¹⁹-10²⁰ см^-3 Концентрация примесных атомов с очень сильнолегированных областях – 10²¹ см^-3. В этом случае говорят уже о вырожденном полупроводнике, поскольку такая концентрация (один атом примеси на 10 и менее атомов кремния) меняет энергетическую структуру кристалла.

Зависимости характеристик кремния от температуры

Из первой части мы помним, что при комнатной температуре чистый кремний — диэлектрик. Пара электрон-дырка возникает только в одном из триллиона случаев, но эта доля растет с повышением температуры по экспоненте. Есть такое понятие — температура удвоения концентрации собственных носителей зарядов. Для кремния это примерно 9 градусов.

Т.е. повышаем температуру на 9 градусов, процент распавшихся атомов кремния увеличивается в 2 раза; на 18 градусов – в 4 раза; 27 градусов – в 8 раз; 36 градусов – в 16 раз; 45 – в 32 раза; 90 — в 1024 раз; 180 – в 10⁶ раз; 270 — 10⁹ раз.