EBB 415 BAHAN SEMIKONDUKTOR II - Universiti Sains...
Transcript of EBB 415 BAHAN SEMIKONDUKTOR II - Universiti Sains...
Universiti Sains Malaysia
Peperiksaan Semester Pertama
Sidang Akademik 1988/89
EBB 415 BAHAN SEMIKONDUKTOR II
Tari kh: 26 Olctober 1 988
ARAHAN KEPADA CALON
Masa: 9.00 pagi - 12.00 tengah hari
(3 jam)
1. Sila pastikan bahawa kertas peperiksaan ini mengandungi SEMBILAN
mukasurat bercetak sebelum anda memulakan peperiksaan ini.
2. Calan-calon dikehendaki menjawab kesemua EMPAT (4) soalan.
3. Semua soalan MESTILAH dijawab di dalam Bahasa Malaysia.
4. Lampiran-lampiran berikut disertakan:-
Lampiran A Plot Fungsi Ralat PelengkapLampiran B Plot Kebolehlarutan pepeja~ elimen bendasing dal am silikon.Larnpiran C Plot pekali resapan sebagai fungsi suhu untuk elimen-elimen
bendasiny dalarn silikon.Lampiran 0 Kertas geraf semi-log 6 kitaranLampiran E Jadual Pemalar
.••2/-
- 2 - EBB 415
1. Satu wafer hablur tunggal dari bahan silikon hakiki terdop dengan
fosforus ke suatu kepekatan seragam bernilai 1022 atom m-3• .
a) Anggarkan bilangan elektron pada jalur pengaliran pada suhu 300oK.
. .
Bincangkan apa-apa penghampiran yang dibuat.(30 markah)
b) Kirakan kedudukan tenaga Fermi (EF) berdasarkan tepi jalur
penga1iran, 'Ev = DeV
(Ambil kira Nc = 2.8 x 1025 m-3,
~T = 0.025 eV, · £g (Si) = 1.11 eV)(10 markah)
c) Tenaga pengionan pertama (ED) mana-mana atom bendasing boleh
dianggarkan dari model Bohr untuk atom - H di mana:-
Kirakan aras tenaga yang dikenalkan oleh atom bendasing fosforus
di mana er = 11.8 dan jisim berkesan elektron ialah
di mana
* *m1 = 0.97 rna, mt = 0.19 rna
(rna = 9.11 x 10-31 Kg) (20 markah)
d) Tunjukkan dengan jelas pada satu rajah aras tenaga kedudukan araspenderma, aras Fermi dan aras intrinsik berdasarkan tepi jalur
valensi (Ev = 0). (10 markah)
Q r) Huraikan kesan suhu pada
i) Kepekatan pembawa intrinsikii) Keberaliran
iii} Fungsi kebarangkalian Fermi-Dirac
122
(30 markah)
... 3/-
- 3 - EBB 415
2. a) Hasi~kan satu earta aliran yang menunjukkan langkah-langkah utama
dalam proses pembikinan (fabrikasi) litar bersepadu.
I~" . _1 ._'-\
lJU marKanJ
b} Perihalkan proses-proses berikut yang digunakan untuk pembikinan
litar bersepadu
i} Proses-proses litografi, termasuk litografi foto, lit~grafi
alur elektron dan litografi sinar-x.
it} Teknik-teknik pengoksidaan
iii} Pengendap~n wap kimia
c) Bincangkan kelebihan dan batasan proses litografi foto.
(10 markah)
3. Suatu substratum silikon jenis-n yang terdop seragam dengan keberintangan
0.1 ohm-em dikenakan resapan boron dengan kepekatan permukaan yang tetap
iaitu 4.8 x 1018 em-3• Kedalaman simpang yang d;kehendaki ialah 2.7 urn.
a) Kirakan kepekatan bendasing untuk resapan boron sebagai fungs; jarak
dari permukaan.(20 markah)
b) Berapa lamakah masa yang diperlukan jika nilai suhu di mana resapan
di adakan ialah 1100° c.(10 markah)
••. 4/-
- 4 - EBB 415
c) Suatu transistor jenis n-p-n akan siap dengan resapan fosforus,
kepekatan permukaan 1021 cm-3 Jika simpang baru ini dikehendaki
kedalaman 2 urn, kirakan kepekatan untuk resapan fosforus sebaga;
fungsi jarak dari permukaan.(20 markah)
d) Plotkan kepekatan bendasing (skel log) lawan jarak (skel lelurus)
untuk bahagian (a) dan (c) dengan anggapan boron akan kekal apabila
resapan fosforus dijalankan.
Tunjukkan pengeluar, bes dan pemungut pada plot. Gunakan kertas
geraf seperti di lampiran D.(30 markah)
e) Jika resapan fosforus mengambil masa 30 min, pada suhu apakah
seharusnya radas itu terkendali.
(20 markah)
4. a) Huraikan peringkat-peringkat pemprosesan .dan tunjukkan susuk resapan
am untuk:-
i) Transistor simpang dwikutub satah diskr~t
ii) Transistor npn litar bersepadu keluaran dari proses pemungut
tertanam piawai.(60 markah)
b) Takrifkan faktor pengangkutan bes a dan kecekapan pengeluar Y.
Dapatkan ungkapan mudah untuk gandaan arus bes sepunya a da1am
istilah a dan Y.(20 markah)
c) Jika lebar bes ialah WB = 10 ~m panjang resapan bes ~B = 100 ~m~
dapatkan satu nilai anggaran untuk a dan gandaan arus pengeluar
sepunya a (hFE). 124oooSooo
(20 markah)
- 5 -EBB 41 5 Lampi ran A
y31
~"'-" ~
'"r-,~r-,
'\
~" -
t--'\.
'~
\.~
\1\
~-
-\
\.\
1\-\\\,
\\\
I \,
~
1.0' . I~ , .. .
lO~
5 X 10-1,
5 x 10--"
...6/-
125
- 6 -
Temperature, 0 C
EBB 415 Lampi ran, B
>en (/'J_. . ,--~ .~_.
~......~ I ( ., --........... .'-.
o .-.;:::J =...--- T
0, ...- w::
.I
::s ~ I i.,
Cd.
enu-10---
.....:::I I I ~ I "~i ~I ~ . , ~ 1
(f) ~ L~ I I Fit ~
c-~LLilU!f'. "):>!: : I i:~~, " • I:
'i o ~
~ 1
I # ~~~~~
~---11"
~ ~ T.I "7 '{"
j ~ .r 1.:
I L// 1
//~7.,
~~-0 ,
-0 ,... --y
cV T
/ 1 1 Ir r i i \1
t7 V· ~ .~,
/ >- V ./VI ~P"- c -. -- ~-"][ ~-. ., T ~
I , ( j .J"
I v:7 ~./"..
c:> .,
C'l CO)o 0
..... 0 0o
Io,Jto.)
......o~-
.......0....,
c
:t> ..-(""'t- O0 -3 .c
en<,o ......3 0-C..J CIC
o-~
-.Joa
cooo
CDoo
ooo
..... tvo 0o ' 0
,.....Aoo
Plot Kebolehlarutan PepAjal Elimen BerniasirigDalam 5jlikon
12G
- 7 - EBB 415Lampiran C
'I'cmpcrn turc, 0 C1420 1300 1200 1100 1000. DOO
T - T'
~ .1
O.GO 0.G5 0.70 0.80 0.85
Plot Pekali Hesapan Sebega i Fungs i SuhuIlrrt.uk Jt:limen .. ~:limen Bondas i ng Da l am Silikon
... 8/-
.. LalDPirtm D- 8' - EBB 415
,o.j-,
f·
i I
11
!] L'ijl11
Il!1 ':hF
·itH'HH1IH++HI-H-l-H++t-l-l-t,HHUJ..+I
tJ
,I
I
Ir
il-
rr Iq ijI: rJ: it
; , !!1, : ii,
1::11i "il,j
: :::;
, JT. i j ii'
it: ; i
: I :l ! I
I :1,
TT, , '''j-
I ': I
: ;IL:':"1[:1;i I
'I'
: ' i , ! '1+
, "" 1'1",; i i 1'1'
, : ill l if: • I I ~ f 1.i>+-
If- ,.
:il "'
: r t :
, !i., I ;
i:
"
, '::
I ,I,
" ,,'
,
i' 1+:" I II i+ j
,i, ' iii .: i I il!i1.l
ii, , :' I Jil l: -: ,: [: , Wj'!
' "i' ,I.
I i
" :
" I
'~i ' ,.1:::
, "
, ;
i i [Ii: iii:
i !
: ~ J i;; ~! .' j ; ] '"
, "
,
: : i ;:;~ i: l ':
'I;" i:
.: :: ,;i
,:
,', " !:: : !
; Ii'
: Iii : ,,;:" I::::,
, " " i
;1 i ' , "i
,
:
;
":
,
:
128
ij
,:
:,
:
"
I
,
:,
i
, ,.,: "':
II'
iii' ',ili': I i :
!,
,
I I'~'
i,i r •
: ':
,
",
; i.:
ji :,
j;ll
J ;
'i:
i
i i
-: Ii '
,
:IT, I
:' :.
: il : 1
• I
I ,
i : j"
i,,' ,i iT: , ', :: 'Ii " :
, , : ~! ,
, Il ii'I"
,,, :i
:
I ' ,
- - - ,~'-f-- ---. -- - - •.----~'--. - --I'-i-l":--r-t't:1tttmi""Wffiittffttltt1+tt+t+H+rtHtttft
I ,:I
--'--
i ,
: ,,' r : ,
.: '. r:'i: ' I'
,I,
i' "
I: "; 11 .:
.. ' i
, , ,
:
i I' :I
, '
,
'i
:
;;i
I
:i
: I
~: i: ,,' .,r i ,I',
:
!
"
i n:
: ::
:,
i: :
, , :'
"
, ,
•
: i
, .
: :
:1 I i
:
' i'
,
"[
, i ;: :
: Ti i
I: " ', r::t "
I" : I
:
"
.. ,< :i: :
! !
, "',I :i i l
I;
lJ' ·i
.'; :
t ~ -[-t ; I ~
.:
Ii
,;,
I
i •
r i l ! ,
I:, IJ .: ,. r.: ; l. ",' ,
, ,
',i,!,I! Id ifi ! :;::;!!i."i" :
Iii';: ;
. : i
:
.:
.
i i 'iii , ij
'I,
j ; i, '
: ,i ' ,
, ' II i- it'i, l '
",
"
il::':';.
I: rl
It :
: : : ~ ;
, ,
·:,1' , !; I,
iL: ::!
:' :i'iii "
ltl1i: i
i"I .. : ~" ~ .. j t. . i ; • :
I'll I , i ! l !" " I " :i ,I" "
r I ii :[: LiL : Ii! : II i., : I,: : : ;fflj! ill, iUdUi Ii ,l \i ! II :: :'; , :1 Ii
':u~
liP 'r
Eu
'aCC\I
-1<'0
EEM:III•'ii>U«0
r...
B,~,,~,I~ I
Kertas Geraf Separa- Log 6 J(itaraD
Lampiran E- 9 -
JADUAL PEMALAR
mB 415
Pemalar Soltzman
Pemalar Planck
Jisim rehatelektron
Cas elektronik
GIRl-GIRl · SILIKON
K = 8.62 x 10-5 eV K-1
k = 1.38 x 10-23 JK-1
h = 6.63 x 10-34 Js
mo = 9.11"x 10-31 kg
.e = 1.602 x 10-19 C
Nombor Atom 14
Berat Atom 28.1
Ketumpatan, g/em3 2.33
Pemalar Dielektrik 12
Atom/em3 5.0 x 1022
° 1.21EGO' eV pada a K
EG, eV pada 3000K 1.11
° -3 1.5 x 1010ni pada 300 K, em
Keberintangan Intrinsik 230,000
pada 300oK, ohm-em
un' em2/V-S pada 3000K 1,300
up' cm2/V-S pada 3000K 500
On' em2/S = unVT 34
Dp' cm2/s = upVT 13
- 0000000 -
129