Fabricacion de los chips

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Fabricación de chips, un proceso de difusión y deposición selectiva



Héctor Ismael Olmos Castillo, Facultad de Química, Universidad de Guanajuato, Col. Noria Alta S/N



Resumen

En este artículo se hace una descripción de la naturaleza física de los circuitos integrados utilizados en la industria electrónica, se comprenderán los procesos involucrados durante la fabricación, siendoetapas de ellas difusión selectiva y deposición química de vapor entre otras. El artículo es de tipo descriptivo y se pretende mostrar como con la difusión selectiva por microlitografía se logra crear sistemas complejos basados en características físicas y químicas de los materiales.



Introducción

La fabricación del diodo semiconductor inició la era de la electrónica del estado sólido,su etapa primaria estaba basado en semiconductor de óxido de cobre, posteriormente se utilizó el germanio dopado y en la actualidad el silicio como monocristal dopado. El diodo se fabrica con dos tipos de semiconductores unidos entre si un tipo n y un tipo p. La fabricación consiste en la difusión selectiva sobre una base de silicio para la formación de los dos tipos de semiconductores, el detipo p que contiene elementos químicos neutros que tienen en la capa de valencia un electrón menos que el estado basal del silicio, entre ellos algunos elementos del grupo 3A de la tabla periódica el de tipo n tiene en la capa de valencia un electrón mas que el estado basal del silicio, ellos son los del grupo 5A . La característica eléctrica principal del diodo es que solo conduce en unadirección de uso valuable en conversión de corriente alterna a directa.

Una forma sencilla de describir la fabricación del diodo es que en una oblea de silicio “Substrato”, se dopa en la parte superior con material tipo n y la inferior con material tipo p, posteriormente ambas superficies se metalizan y se cortan para elaborar varias unidades de la misma oblea. En los diodos emisores de luz la obleaes de arseniuro de galio.

Fig 1.- El dopado de una oblea de Silicio para construir un diodo es selectivo, la parte superior se dopa con material n, la inferior con material p, la capa de metal es para fijar los contactos


Los transistores son los dispositivos electrónicos con al menos dos capas diferentes de semiconductor, por ejemplo los bipolares pueden ser de tres capas pnp ynpn, los de efecto de campo son dos capas canal n y compuerta p ó viceversa, los de compuerta aislada tienen además una capa delgada de óxido de silicio aislando la compuerta de el canal resistivo. Los dispositivos de control de potencia tales como los Scrs, tiristores ó Gtos, incluyen una mayor cantidad de capas entre si.

La fabricación de los circuitos integrados requiere de ladifusión selectiva tanto en áreas como en capas, de los materiales n, p, iones, metales. En la actualidad los elementos n y p no son solo elementos químicos sino pueden ser moléculas cuyo comportamiento físico ha sido estudiado por las empresas fabricantes para el mejoramiento del tipo de transistores y aplicaciones, entre las características estudiadas están la velocidad de transferencia, laspropiedades de emisión o recepción de luz y otras características físicas de los materiales tales como las piezoeléctricas que son importantes en el diseño de MEMS (Micro electro motors). Una idea de nuevos materiales con sus características puede ser consultada en los artículos del Journal of Materials Science: Materials in Electronics.



Fig. 2. a) Se muestran las áreas donde deben dedifundirse los materiales, el rojo corresponde al metal. b) Mascara para solo difundir material n en capa rosa, c) Operación que realiza el circuito.




Una vez que se tiene una oblea de silicio como monocristal, se pule y se recubre con un polímero [Reichmanis & Thomson 1989] el cual se degrada con determinada longitud de onda. Mediante un laser ó radiación de rayos x, se...
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