O Processo Planar

O processo planar revolucionou a fabricação dos transistores, foi a partir da utilização do processo planar pela primeira vez na fabricação de dispositivos eletrônicos que podiam ser aplicadas as verdadeiras técnicas de produção em massa.

O processo permitia o controle mais rigoroso sobre a geometria do dispositivo, como resultado prático melhorava o desempenho.

Durante os anos de 1950 o transistor havia sido considerado uma grande inovação, e depois considerado como um equivalente da válvula termiônica.

Com a introdução do processo planar em 1960, o transistor estabeleceu-se como um dispositivo com desempenho superior ao da válvula na eletrônica de uso geral.

Antes do processo planar a máxima freqüência de operação era baixa, mas isso mudou a partir do processo planar, a operação nas freqüências até a região de microondas tornou-se possível, e transistores de potência começaram a ser utilizados nas radiofrequências.

Não há dúvida que foi o processo planar que deu origem ao mais importante dispositivo semicondutor dos dias atuais: o circuito integrado.

O princípio do processo planar é a difusão de impurezas nas áreas de uma fatia de silício definidas pelas janelas numa camada de óxido de cobertura.

São vários os estágios na fabricação de um transistor NPN planar de silício: uma fatia de silício monocristalino do tipo N que formará o coletor do transistor completo é aquecida até aproximadamente 1l00 Célcius numa corrente de oxigênio úmido.

A temperatura é controlada para melhor do que mais ou menos 1 grau Célcius, e uma camada uniforme de dióxido de silício de 0,5 Pm de espessura é acrescentada.

A fatia é revestida em volta com uma fotorresistência, um material orgânico que polimeriza quando exposto à luz ultravioleta produz uma camada de cerca de 1 Pm de espessura, e a fotorresistência é seca por cozimento.

Uma máscara que define a área da base é colocada sobre a fatia exposta, no desenvolvimento da fotorresistência a área não exposta é removida e dá acesso á camada de óxido, enquanto que a área exposta permanece e é endurecida por outro cozimento para resistir ao ataque químico.

O ataque químico remove o óxido descoberto para determinar a área de difusão, a fotorresistência que sobrou é dissolvida e deixa a fatia pronta para a difusão da base.

O boro é usado para formar o silício tipo P na região da base, então a fatia é passada através de um tubo de difusão num forno, e uma corrente de gás é passada sobre a fatia que contém uma mistura de oxigênio se decompõe e fica formado um vidro rico em boro sobre a superfície da fatia.

A partir de então o boro é difundido no silício através da janela aberta na base, e o vidro é removido por um ataque químico, a fatia é aquecida numa corrente de oxigênio num segundo forno.

Isto faz o boro penetrar ainda mais na fatia e cresce uma camada de óxido de vedação sobre a superfície, a profundidade a que penetra o boro é determinada pelo controle cuidadoso da temperatura do forno e pelo tempo durante o qual a fatia é aquecida, e a estrutura está pronta.

O próximo estágio no processo planar é a difusão do emissor, onde a fatia é revestida com uma fotorresistência como antes, e uma segunda máscara usada para definir a área de difusão.

A exposição, o desenvolvimento e o ataque químico são os mesmos como na difusão da base que é descrita acima.
O estágio final nesta parte do processo de fabricação consiste na formação das ligações para as regiões da base e do emissor.

Uma terceira máscara é usada para definir os contatos da base e do emissor, sendo os processos fotográficos e de ataque químico os mesmos que os descritos acima.

A partir daí a fatia está coberta com alumínio pela evaporação sobre a superfície para formar uma camada de espessura de cerca de 1 Pm.

Uma quarta máscara, ao inverso da terceira, é usada para definir as áreas onde o alumínio deve ser quimicamente atacado, deixando apenas as almofadas de contato para as ligações elétricas.

O processo até agora foi descrito como se apenas um transistor estivesse sendo fabricado, mas na prática, muitos milhares de dispositivos são fabricados ao mesmo tempo.

Tempos atrás as fatias de silício usadas eram de 5 cm de diâmetro e continham próximo de 10000 transistores, atualmente são usadas fatias de 15 cm de diâmetro, não tendo muita relevância a quantidade de fatias, pois são processadas centenas de fatias ao mesmo tempo num forno de difusão.

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