Storia e tecnologia del SilicioStoria e tecnologia del Silicio

Breve storia del Silicio

•• Il nomeIl nome siliciosilicio deriva dal latinoderiva dal latino silexsilex, selce, selce

•• Il silicioIl silicio èè il secondo elemento piil secondo elemento piùù diffuso, dopo ldiffuso, dopo l’’ossigeno, sulla crostaossigeno, sulla crostaterrestre (25%)terrestre (25%)

•• Il silicio fu isolato per la prima volta nel 1824 dal chimico svIl silicio fu isolato per la prima volta nel 1824 dal chimico svedeseedeseBerzeliusBerzelius, che aveva proseguito il lavoro del grande chimico francese, che aveva proseguito il lavoro del grande chimico franceseLavoisierLavoisier il quale, avendo studiato il quarzo, affermò che questo erail quale, avendo studiato il quarzo, affermò che questo eracomposto da un elementocomposto da un elemento molto comunemolto comune..

•• Il silicio non ha trovato alcun utilizzoIl silicio non ha trovato alcun utilizzo fino alla fine del secolo scorsofino alla fine del secolo scorsoquando venne scoperto che, se unito al ferro, sviluppava propriequando venne scoperto che, se unito al ferro, sviluppava propriettààmagnetiche. Utilizzo prevalente per elettromagneti e trasformatomagnetiche. Utilizzo prevalente per elettromagneti e trasformatoriri

•• Inizio della produzione industriale agli inizi del secolo in unaInizio della produzione industriale agli inizi del secolo in una formaformaragionevolmente pura (circa 98%)ragionevolmente pura (circa 98%)

•• Struttura cubica a facce centrateStruttura cubica a facce centrate FCCFCC((diamantediamante))

•• Numero atomicoNumero atomico 1414

•• Massa atomicaMassa atomica 28.085528.0855

•• DensitDensitàà 2.33 g/cm2.33 g/cm33

•• Temperatura di fusioneTemperatura di fusione 14141414 °°CC

•• Gap tra Banda di conduzione e di valenza:Gap tra Banda di conduzione e di valenza:1.121.12 eVeV ((TTambamb))

Proprietà chimiche

ProprietProprietààsemiconduttivesemiconduttive

Conduzione elettrica nei materiali

Banda di valenza, EBanda di valenza, EVV

Banda di conduzione, EBanda di conduzione, ECC

Banda proibita, EBanda proibita, EGG

SemiconduttoreSemiconduttore

Banda di valenza, EBanda di valenza, EVV

Banda di conduzione, EBanda di conduzione, ECC

MetalloMetallo

•• IsolantiIsolanti•• Banda di conduzione e di valenza separate da unaBanda di conduzione e di valenza separate da una banda proibita troppo elevatabanda proibita troppo elevata

improbabile la conduzione elettricaimprobabile la conduzione elettrica

Banda di valenza, EBanda di valenza, EVV

Banda di conduzione, EBanda di conduzione, ECC

Banda proibita, EBanda proibita, EGG

IsolanteIsolanteEnergiaEnergia

•• SemiconduttoriSemiconduttori•• Banda di conduzione e di valenzaBanda di conduzione e di valenza separateseparate da unda un’’energiaenergia di gapdi gap (stati energeticamente(stati energeticamente

non permessi)non permessi)

•• La banda proibitaLa banda proibita èè piccolapiccola e può esseree può essere superata tramite lsuperata tramite l’’assistenza della temperaturaassistenza della temperatura

•• ConducibilitConducibilitàà elettricaelettrica crescentecrescente con lacon la temperaturatemperatura

•• Banda di conduzione e di valenzaBanda di conduzione e di valenza sovrappostesovrapposte nube dinube di elettroni liberielettroni liberi

•• ConducibilitConducibilitàà elettricaelettrica decrescentedecrescente con lacon la temperaturatemperatura (scattering fra elettroni)(scattering fra elettroni)

•• MetalliMetalli

Impurità droganti

•• Il silicio (4 elettroni di valenza) presenta una struttura tetraIl silicio (4 elettroni di valenza) presenta una struttura tetraedrica in cui ogniedrica in cui ogniatomoatomo èè legato ad altri 4 atomilegato ad altri 4 atomi

Gli elettroni presenti sono solo quelli di legame, non liberi diGli elettroni presenti sono solo quelli di legame, non liberi di poter condurrepoter condurrecorrente elettricacorrente elettrica

Silicio estrinseco nSilicio estrinseco n•• LL’’introduzione di un atomo conintroduzione di un atomo con valenza superiore avalenza superiore a

quella del silicioquella del silicio (5 elettroni) causa un(5 elettroni) causa un aumento degliaumento deglielettroni liberielettroni liberi per la conduzioneper la conduzione

Silicio estrinseco di tipoSilicio estrinseco di tipo nn (conduzione di carica negativa)(conduzione di carica negativa)

Silicio estrinseco pSilicio estrinseco p

•• LL’’introduzione di un atomo conintroduzione di un atomo con valenza inferiorevalenza inferiore (3(3elettroni)elettroni) a quella del silicioa quella del silicio causa uncausa un aumento delleaumento delle

mancanze di elettroni di legamemancanze di elettroni di legame ((lacunelacune))

Silicio estrinseco di tipoSilicio estrinseco di tipo pp (conduzione di carica positiva)(conduzione di carica positiva)

Impurità drogantiSilicio estrinseco nSilicio estrinseco n Silicio estrinseco pSilicio estrinseco p

•• Limite superioreLimite superiore di concentrazione di drogante:di concentrazione di drogante: limite di solubilitlimite di solubilitààdel drogante nel siliciodel drogante nel silicio

Limite inferioreLimite inferiore:: impossibilitimpossibilitàà tecnologicatecnologica di disporre di un materialedi disporre di un materialedel tutto privo di impuritdel tutto privo di impuritàà (<1 parte per miliardo)(<1 parte per miliardo)

Le basi dellLe basi dell’’elettronica si fondano sulla possibilitelettronica si fondano sulla possibilitàà didi introdurreintrodurrein modo controllato questi due tipi di impuritin modo controllato questi due tipi di impuritàà in modo dain modo da

modificare la conducibilitmodificare la conducibilitàà elettricaelettrica ed iled il tipo di conduzionetipo di conduzione deldelmateriale semiconduttoremateriale semiconduttore

LL’’introduzione di questo tipo di impuritintroduzione di questo tipo di impuritàà (drogaggio)(drogaggio)provoca un aumento della conducibilitprovoca un aumento della conducibilitàà deldel

semiconduttoresemiconduttore

PerturbazionePerturbazione PerturbazionePerturbazione

Sviluppo dell’elettronica moderna

nn

nnpp

EmettitoreEmettitoreBaseBase

CollettoreCollettore

•• Rivoluzione del XX secolo:Rivoluzione del XX secolo: scoperta delscoperta deltransistor nel 1948transistor nel 1948 ad opera diad opera di SchockleySchockley,,BardeenBardeen ee BrattainBrattain

•• DaDa TRANSTRANSferfer rereSISTORSISTOR, dispositivo a, dispositivo atrasferimento di resistenzatrasferimento di resistenza

•• Dispositivo aDispositivo a 3 terminali (base, emettitore,3 terminali (base, emettitore,collettore)collettore) formato dalla combinazioneformato dalla combinazione nn--pp--nnoo pp--nn--pp di materiale semiconduttoredi materiale semiconduttore

•• LL’’effettoeffetto transistortransistor consiste nellconsiste nell’’iniezioneiniezionemodulatamodulata di portatori dalldi portatori dall’’emettitore alemettitore alcollettore (collettore (elettronielettroni nelnel transistortransistor npnnpn eelacunelacune nelnel pnppnp))

•• Il transistorIl transistor pnppnp haha prestazioni inferioriprestazioni inferioririspetto a quellorispetto a quello npnnpn a causa della differentea causa della differenteiniezione di caricainiezione di carica

Emettitore

Collettore

Base

Substratodi germanio

pnp

npn

Importanza dell’elettronica dello stato solido

•• Tempo di vita, dimensioni,Tempo di vita, dimensioni,integrazione, frequenza diintegrazione, frequenza di

lavorolavoro i vantaggi nei confrontii vantaggi nei confrontidelle valvoledelle valvole

Transistor

AmplificazioneAmplificazione

•• Funzioni fondamentali del transistor:Funzioni fondamentali del transistor:

•• Amplificazione di correnteAmplificazione di corrente

•• Inverter logicoInverter logico Elettronica digitaleElettronica digitale

Stato dell’arte dei Circuiti Integrati: microprocessori

Intel 4004 (1971)Intel 4004 (1971)•• 108 kHz108 kHz•• TransistorsTransistors: 2300: 2300•• Tecnologia: 10Tecnologia: 10 mm

Intel 8086 (1979)Intel 8086 (1979)•• 10 MHz10 MHz•• TransistorsTransistors: 29000: 29000•• Tecnologia: 3Tecnologia: 3 mm

Intel 80286 (1982)Intel 80286 (1982)•• 12 MHz12 MHz•• TransistorsTransistors: 134000: 134000•• Tecnologia: 1.5Tecnologia: 1.5 mm

Intel 80386 (1985)Intel 80386 (1985)•• 33 MHz33 MHz•• TransistorsTransistors: 275000: 275000•• Tecnologia: 1.0Tecnologia: 1.0 mm

•• Nel 1959 nasce il circuito integrato dallNel 1959 nasce il circuito integrato dall ’’idea di realizzareidea di realizzare tutti i componenti di un circuitotutti i componenti di un circuitoelettronicoelettronico su uno stesso substrato composto dasu uno stesso substrato composto da un unico materiale semiconduttoreun unico materiale semiconduttore

Intel 80486 (1989)Intel 80486 (1989)•• 50 MHz50 MHz•• TransistorsTransistors: 1.2 milioni: 1.2 milioni•• Tecnologia: 1.0Tecnologia: 1.0 mm

Intel Pentium (1993)Intel Pentium (1993)•• 200 MHz200 MHz•• TransistorsTransistors: 3.1 milioni: 3.1 milioni•• Tecnologia: 0.35Tecnologia: 0.35 mm

Intel Pentium Pro (1995)Intel Pentium Pro (1995)•• 266 MHz266 MHz•• TransistorsTransistors: 5.5 milioni: 5.5 milioni•• Tecnologia: 0.35Tecnologia: 0.35 mm

Microprocessori

OggiOggi

Intel Pentium IV (2002)Intel Pentium IV (2002)••3060 MHz3060 MHz••55 milioni55 milioni transistorstransistors••Tecnologia: 0.13Tecnologia: 0.13 mm

AMDAMD AthlonAthlon XP (2002)XP (2002)••2167 MHz2167 MHz••54.3 milioni54.3 milioni transistorstransistors••Tecnologia: 0.13Tecnologia: 0.13 mm

Integrazione elettronica:leggi di Moore (1965)

0,1

1

10

1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010

Dim

ensi

one

tra

nsis

tor

(m

)

1000

104

105

106

107

108

109

0,01

0,1

1

10

100

1000

104

1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010

Tra

nsi

sto

rsp

er

chip

Fre

qu

enza

dilavo

ro(M

Hz)

4004

8086

80286

8038680486

Pentium

Pentium IV

•• Il miglioramento tecnologicoIl miglioramento tecnologicoelettronicoelettronico èè dovuto ad undovuto ad un aumentoaumento

esponenziale dellesponenziale dell’’integrazioneintegrazione

•• IlIl numero di transistornumero di transistor in un chip ein un chip ela suala sua frequenza massima difrequenza massima di

funzionamentofunzionamento raddoppianoraddoppiano ogniognicirca 2 annicirca 2 anni (attualmente 55 milioni(attualmente 55 milioni

e 3.06e 3.06 GHzGHz))

•• LaLa dimensione della regione attivadimensione della regione attivadi un transistordi un transistor in un circuitoin un circuito

integratointegrato diminuisce del 30% ognidiminuisce del 30% ogni3 anni3 anni

LSI VLSI ULSI

•• LSILSI:: LargeLarge ScaleScale IntegrationIntegration

•• VLSIVLSI:: VeryVery LargeLarge ScaleScale IntegrationIntegration

•• ULSIULSI: Ultra: Ultra LargeLarge ScaleScale IntegrationIntegration

Vantaggi della tecnologia del silicio

LaLa tecnologia del siliciotecnologia del silicio èè divenuta la tecnologia dominante per ldivenuta la tecnologia dominante per l’’elettronicaelettronica aacausa di:causa di:

DDisponibilitisponibilitàà praticamentepraticamente illimitata del materialeillimitata del materiale

•• RelativaRelativa facilitfacilitàà di realizzazione di cristallidi realizzazione di cristalli con bassa densitcon bassa densitàà di difettidi difetti

•• BuoneBuone proprietproprietàà ottiche ed elettricheottiche ed elettriche che lo rendono adatto allache lo rendono adatto allarealizzazione di unrealizzazione di un amplissimo set di dispositiviamplissimo set di dispositivi

•• Un ossidoUn ossido SiOSiO22 (banda proibita pari a 8(banda proibita pari a 8 eVeV) dalle eccellenti propriet) dalle eccellenti proprietàà::

•• Ottimo isolante elettricoOttimo isolante elettrico

•• OttimoOttimo passivantepassivante nei confronti del silicionei confronti del silicio

•• BarrieraBarriera contro le impuritcontro le impuritàà

•• ProcessiProcessi di realizzazionedi realizzazione ad elevata controllabilitad elevata controllabilitàà

Tecnologia di purificazione

Processo di purificazioneProcesso di purificazione

(Siemens 1951)(Siemens 1951)

Si grado elettronicoSi grado elettronicopolicristallinopolicristallino

Si grado elettronicoSi grado elettronicomonocristallinomonocristallino

SiOSiO22 (quarzite)(quarzite)

PolicristallinoPolicristallino

MonocristallinoMonocristallino

Fetta di SiFetta di Simonocristallinomonocristallino

MacinaturaMacinatura

TornituraTorniturae taglioe taglio

Lappatura eLappatura elucidaturalucidatura

CzochralskiCzochralski

Fetta di silicioFetta di silicio(wafer)(wafer)

Tecnologia di purificazione

FornaceFornace HClHCl

Quarzite, SiOQuarzite, SiO22 Silicio di grado metallurgicoSilicio di grado metallurgicoMGS (98%)MGS (98%)

DistillazioneDistillazione

frazionatafrazionata

HH22 + SiHCl+ SiHCl33

TriclorosilanoTriclorosilano, SiHCl, SiHCl33

Silicio policristallino di gradoSilicio policristallino di gradoelettronico EGS (99.99999%)elettronico EGS (99.99999%)

Processo Czochralski

•• Introdotto dallaIntrodotto dalla TexasTexas InstrumentsInstruments nelnel 19521952, permette la, permette larealizzazione di un monocristallo di silicio (realizzazione di un monocristallo di silicio (1 impurit1 impuritàà su 1su 1

miliardo di atomimiliardo di atomi) da silicio policristallino di grado elettronico) da silicio policristallino di grado elettronico

Fusione del policristallo nel crogiolo realizzato inFusione del policristallo nel crogiolo realizzato ingrafite rivestita in quarzo SiOgrafite rivestita in quarzo SiO22

Aggiunta di drogante: Boro (pAggiunta di drogante: Boro (p--Si); Fosforo oSi); Fosforo oArsenico (nArsenico (n--Si)Si)

Accrescimento controllato del semeAccrescimento controllato del seme

Barra di monocristallo di 6Barra di monocristallo di 6--12 pollici (1512 pollici (15--30 cm) di30 cm) didiametro e circa 100cm di lunghezzadiametro e circa 100cm di lunghezza

Processo Czochralski

•• Temperatura di fusione SiTemperatura di fusione Si14141414 °°CC

•• Controllo del gradiente diControllo del gradiente ditemperatura lungo il fusotemperatura lungo il fuso

•• Processo in atmosfera diProcesso in atmosfera digas inertegas inerte

•• Crogiolo realizzato conCrogiolo realizzato conelementi elettricamenteelementi elettricamente

inattivi nel silicioinattivi nel silicio

•• Elevato controllo dellaElevato controllo dellarotazione e della trazionerotazione e della trazione

del lingottodel lingotto

Processo CzochralskiSeme cristallino

Monocristallo

Crogiolo in quarzo

Camera

Schermo termico

Riscaldatore

Crogiolo in grafite

Supporto

Basamento

Elettrodo

Reattore in dettaglio

Parametri fondamentali di processoParametri fondamentali di processo

•• VelocitVelocitàà di rotazionedi rotazione

•• VelocitVelocitàà di trazionedi trazione

•• Controllo della temperaturaControllo della temperatura

Processi meccanici

DecappaggioDecappaggio delle estremitdelle estremitàà Rettificazione del lingottoRettificazione del lingotto

Taglio del lingotto tramite segheTaglio del lingotto tramite seghecircolari o a filo in dischi (circolari o a filo in dischi (waferswafers))

dello spessore di 200dello spessore di 200--450450 mm

Lappatura meccanicaLappatura meccanicadi una facciadi una faccia

Lucidatura per viaLucidatura per viachimica (chimica (sodasoda

causticacaustica) di una) di unafacciafaccia

Controllo dellControllo dell ’’orientazioneorientazionecristallografica tramitecristallografica tramitediffrazione da raggi Xdiffrazione da raggi X

100100 111111

Tipo n {111}Tipo n {111} Tipo p {111}Tipo p {111}

Tipo n {100}Tipo n {100} Tipo p {100}Tipo p {100}

4545°°

180180°° 9090°°

Piano (100)Piano (100) Piano (111)Piano (111)

Direzione (100)Direzione (100) Direzione (111)Direzione (111)

Notazione dell’orientazione

Tecnologia planare

•• FotolitografiaFotolitografia

••

Fotolitografia•• Tecnica per laTecnica per la realizzazione di microstrutturerealizzazione di microstrutture sul substrato semiconduttoresul substrato semiconduttore

attraversoattraverso mascheremaschere

•• Con lCon l’’applicazione in sequenza con maschere tra loro allineate si realapplicazione in sequenza con maschere tra loro allineate si realizza ilizza il CircuitoCircuitoIntegratoIntegrato

•• La risoluzione dellLa risoluzione dell’’ottica nel processo di fotolitografiaottica nel processo di fotolitografia èè il processoil processo limitantelimitante delladelladimensione minima dei dispositivi (attualmente la tecnologia sidimensione minima dei dispositivi (attualmente la tecnologia si attesta su 0.13attesta su 0.13 m)m)

1.1. DeposizioneDeposizione resistresist chimicamente fotosensibilechimicamente fotosensibile (PMMA)(PMMA)

2.2. Esposizione delEsposizione del fotoresistfotoresist attraverso la maschera aattraverso la maschera aluce UVluce UV (153(153 nmnm))

3.3. Sviluppo delSviluppo del resistresist espostoesposto

4.4. Attacco chimico selettivoAttacco chimico selettivo

Fotolitografia: esposizione UV

•• Tre tecniche di esposizione:Tre tecniche di esposizione:

•• Esposizione perEsposizione per contattocontatto (danneggiamento maschere)(danneggiamento maschere)

•• Esposizione perEsposizione per prossimitprossimitàà (ingrandimento 1:1 del circuito)(ingrandimento 1:1 del circuito)

•• EsposizioneEsposizione attraversoattraverso stepperstepper (ottica di esposizione)(ottica di esposizione)

Fotoresist

QuarzoCromo

Ossido di silicio

Wafer di silicio

Radiazione UV

Esposizione per prossimitEsposizione per prossimitàà Esposizione attraversoEsposizione attraverso stepperstepper

Radiazione UV

Maschera N:1

Ottica

Wafer con resist

Immagine

Resist negativo

Fotolitografia: sviluppo•• Due tipi diDue tipi di fotoresistfotoresist

•• ResistResist positivopositivo: solubile il volume: solubile il volume illuminatoilluminato dalla radiazionedalla radiazione

•• ResistResist negativonegativo: solubile il volume: solubile il volume non illuminatonon illuminato dalla radiazionedalla radiazione

Fotoresist

Ossido di silicio

Wafer di silicio

Resist positivo

SviluppoSviluppo

Attacco chimicoAttacco chimico

RimozioneRimozione fotoresistfotoresist (solventi)(solventi)

ResistResistOssido di silicioOssido di silicioSilicioSilicio

Attacco chimico

•• Attacco chimico perAttacco chimico per viavia umidaumida (reagenti chimici)(reagenti chimici)

•• Attacco chimico perAttacco chimico per viavia seccasecca (anisotropo,(anisotropo, ReactiveReactive IonIon EtchingEtching))

Via secca, anisotropoVia secca, anisotropo

•• LL’’attacco lateraleattacco laterale èè circa ilcirca il75%75% di quello in profonditdi quello in profonditàà

•• Solvente perSolvente per SiOSiO22:: HFHF

•• Solvente perSolvente per SiSi:: HNOHNO33 + HF+ HF (il(ilprimo ossida, il secondoprimo ossida, il secondo

rimuove lrimuove l’’ossido)ossido)

•• Plasma diPlasma di ossigenoossigeno,,idrogenoidrogeno e gase gas FreonFreon

((CFCF44)) produce un continuoproduce un continuobombardamento dellabombardamento della

zona processatazona processata

Via umida, isotropoVia umida, isotropo

Crescita epitassiale

NN22

HH22 HClHCl SiClSiCl44+H+H22

Drogante+HDrogante+H22

Bobine a radiofrequenzaBobine a radiofrequenza

Wafer di silicioWafer di silicio

•• Dal grecoDal greco epiepi (sopra) +(sopra) + taxistaxis (struttura ordinata)(struttura ordinata)

•• Crescita di un semiconduttore monocristallino (intrinseco o drogCrescita di un semiconduttore monocristallino (intrinseco o drogato) su di unato) su di unsubstrato semiconduttoresubstrato semiconduttore

OmoOmoepitassiaepitassia EteroEteroepitassiaepitassia

(stesso semiconduttore) (semiconduttore differente)(stesso semiconduttore) (semiconduttore differente)

• Epitassia da fase vapore (VPE)

• Epitassia da fase liquida (LPE)

• Epitassia da fasci molecolari (MBE)

Tecniche di drogaggio: diffusione

•• Atomi droganti vengono a contatto della superficie del wafer attAtomi droganti vengono a contatto della superficie del wafer attraversoraversoun processo di deposizione chimica ad alta temperatura (un processo di deposizione chimica ad alta temperatura (900900--10001000 °°CC))

•• Atomi diffondono nel substrato con unAtomi diffondono nel substrato con un coefficiente di diffusivitcoefficiente di diffusivitàà variabilevariabileda specie a specie eda specie a specie e dipendente in modo crescentedipendente in modo crescente dalladalla temperaturatemperatura eedalledalle dimensioni delldimensioni dell’’atomo droganteatomo drogante

Profilo di drogaggio in profonditProfilo di drogaggio in profonditàà poco flessibile e controllabilepoco flessibile e controllabile

Trattamento adTrattamento ad alta temperaturaalta temperatura

NN22 OO22 OO22

FF FFFF

Sorgenti gassose:Sorgenti gassose:PHPH33, AsH, AsH33, B, B22HH66

HH22O + sorgenti liquide:O + sorgenti liquide:POClPOCl33, BBr, BBr33

Tecniche di drogaggio: impiantazione ionica

•• Fascio di atomi droganti impiantati ad alta energia nel wafer diFascio di atomi droganti impiantati ad alta energia nel wafer di siliciosilicio

•• Controllo accurato della dose impiantataControllo accurato della dose impiantata

•• Parametri fondamentali:Parametri fondamentali:

•• Energia di accelerazioneEnergia di accelerazione (dipendenza(dipendenza crescentecrescente della profonditdella profonditàà))

•• Massa dello ione incidenteMassa dello ione incidente (dipendenza(dipendenza decrescentedecrescente della profonditdella profonditàà))

•• Massa dellMassa dell’’atomo bersaglioatomo bersaglio

Acceleratore (5Acceleratore (5--200200 keVkeV))

Spettrometro di massaSpettrometro di massa

Fascio di ioniFascio di ioni

Deflessione orizzontaleDeflessione orizzontalee verticalee verticale

Wafer di SiWafer di Si

Misura della correnteMisura della corrente(ioni impiantati/sec)(ioni impiantati/sec)

Sorgente di ioniSorgente di ioni

Penetrazione media

Varianza di profondità

Varianzalaterale

SilicioVuoto

ione

Energia (eV)

Annealing

LL’’annealingannealing (ricottura di breve durata tramite laser o(ricottura di breve durata tramite laser oforno) del materialeforno) del materiale èè il processo successivoil processo successivo

allall’’impiantazioneimpiantazione ionica:ionica:

•• il cristallo bersaglio subisce deiil cristallo bersaglio subisce dei danni provocatidanni provocatidalla cessione di energia dallo ione al reticolodalla cessione di energia dallo ione al reticolo

•• probabilitprobabilitàà di averedi avere ioni droganti situati inioni droganti situati inposizione interstizialeposizione interstiziale e perciò non attivie perciò non attivi

LL’’annealingannealing si configura cossi configura cosìì come ilcome il trattamentotrattamentotermicotermico atto allaatto alla riparazione del danno reticolareriparazione del danno reticolare eded

allall’’attivazione degli ioni drogantiattivazione degli ioni droganti

Metallizzazione•• Processo necessario per laProcesso necessario per la connessione elettricaconnessione elettrica diditutti i dispositivi presenti nel circuito integratotutti i dispositivi presenti nel circuito integrato

•• Metallizzazione si realizza tramite le tecniche diMetallizzazione si realizza tramite le tecniche dideposizione:deposizione:•• Evaporazione termicaEvaporazione termica processo termico basato sullprocesso termico basato sull’’evaporazioneevaporazione

del metallo se portato alla temperatura di fusionedel metallo se portato alla temperatura di fusione

•• SputteringSputtering tecnica a bassa temperatura basata sul bombardtecnica a bassa temperatura basata sul bombardamentoamentodi un bersaglio metallico al fine di estrarre da questo gruppi ddi un bersaglio metallico al fine di estrarre da questo gruppi di atomi (i atomi (clustersclusters))che, successivamente, si depositano sul substratoche, successivamente, si depositano sul substrato

•• Deposizione di materialiDeposizione di materiali amorfiamorfi (non(noninteressa la struttura cristallina, ma lainteressa la struttura cristallina, ma la

continuitcontinuitàà elettrica)elettrica)

•• Per anni utilizzato lPer anni utilizzato l’’alluminioalluminio,,recentemente ilrecentemente il ramerame

elevata conducibilitelevata conducibilitàà termicatermica

Realizzazione di un transistor

Substrato pSubstrato p

Substrato pSubstrato p

Silicio nSilicio n

Crescita epitassiale nCrescita epitassiale n

Substrato pSubstrato p

Silicio nSilicio n

SiOSiO22

ResistResist

pppp

Substrato pSubstrato p

nnpppp pp

Substrato pSubstrato p

nnpppp pp

nn++

Substrato pSubstrato p

nnpppp pp

EE BB CCMetalloMetallo

Drogaggio: diffusione p perDrogaggio: diffusione p perpozzetti di isolamentopozzetti di isolamento

Drogaggio:Drogaggio: impiantazioneimpiantazione ppper base del transistorper base del transistor

Drogaggio:Drogaggio: impiantazioneimpiantazione nn++ perperemettitore e collettoreemettitore e collettore

MetallizzazioneMetallizzazione

Testing e Packaging

Banda di valenzaBanda di valenza

Banda di conduzioneBanda di conduzione

BandaBandaproibitaproibita

Applicazioni: celle fotovoltaicheApplicazioni: celle fotovoltaiche

•• MonocristallinoMonocristallino: rendimento 18: rendimento 18--23%, costo23%, costo100100 €€/kg/kg

•• PolicristallinoPolicristallino: rendimento 12: rendimento 12--14%,14%, vitavitamedia 25media 25--30 anni30 anni, costo 10, costo 10 €€/kg/kg

•• AmorfoAmorfo: rendimento 7%,: rendimento 7%, vita media 10vita media 10annianni, costo minimo, costo minimo

Silicio policristallinoDifferenza di potenzialeDifferenza di potenziale

Silicio policristallinoSilicio policristallino

Strato antiriflessoStrato antiriflesso

Giappone, USA, Germania non solo incentivano

l’installazione degli impianti, ma comprano l’energia

ad un prezzo superiore a quello di mercato

•• Conversione da energiaConversione da energiaelettromagnetica ad energiaelettromagnetica ad energiaelettricaelettrica

•• Contribuisce alla conduzione soloContribuisce alla conduzione solola radiazione con energiala radiazione con energiasuperiore alla banda proibitasuperiore alla banda proibita

LacunaLacuna

ElettroneElettrone