EBB 415 - BAHAN SEMIKONDUKTOR II OKT 1988.

(1)

Peperiksaan Semester Pertama Sidang Akademik 1988/89

EBB 415 BAHAN SEMIKONDUKTOR II

Tari kh: 26 Olctober 1988

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 Pelengkap

Lampiran 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 kitaran Lampiran E Jadual Pemalar

.•• 2/-

(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 (E

F) 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 - Hdi 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 aras penderma, aras Fermi dan aras intrinsik berdasarkan tepi jalur

valensi (Ev ⁼ ^0). ⁽¹⁰ markah)

Q r) Huraikan kesan suhu pada

i) Kepekatan pembawa intrinsik ii) Keberaliran

iii} Fungsi kebarangkalian Fermi-Dirac (30 markah)

(3)

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 bendasi ng 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)

- 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(h

FE).

(5)

y

1 3

~"'-

"

^~

'"

^r-,_~

r-,

'\

~

"

-

t - - _'\.

'~

\.

~

\

~- 1\

-

\

\.

\

- 1\

\

,

\

I \

,

~

1.0

'. I

~ , ...

lO~

5 X 10-_, ¹

5 x 10--"

... 6/-

125

(6)

- 6 -

Temperature,

⁰

C

EBB 415 Lampi ran, B

en _. >

^(/'J

. ,--

~ ^.

~

_.

~ ^...^~ ^I ⁽ ^.,

--...

^... ^.'-.

o ...

---^.-.;:::JT

=

0 , ...- w::

. I

::s

^~ ^I ⁱ

.,

Cd .

en u-

^{1 0 -}

--

...:::

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

^/ ¹ ^T^{1 I}

r

^r ⁱ ⁱ ^\1

t7 V· ~ ^{.~ ,}

/ >- V

. /

VI

^~

P"-

c

^-.

- --

^~

"][

~-

. ., T ~

I

,

⁽ ^j .J"

I v:

7 _~./"

..

c:>_,

.

C'l CO)

o

0 ... 0 0

o

_Io,J

to.)

...

o

~

-

...

0_...., c

:t>

..-

(""'t-

0 O

-

3

^.c

<,

en

o ...

3

^C..J ⁰

-

^CIC

o -

^~

o

-.J

a

co

o

CD

o o

o

... tv

o

⁰

o

'0

,...

o

A

o

Plot Kebolehlarutan PepAjal Elimen Berniasirig Dalam 5jlikon

(7)

'I'cmp crn tur c,

⁰

C

1420 1300 1200 1100 1000. DOO

T - T'

~ .

¹

O.GO 0.G5 0.70 0.80 0.85

Plot Pekali Hesapan Sebeg ai Fung s i Suhu

Ilrrt.uk Jt:limen .. _~:limen Bond asi ng Dalam Silikon

... 8/-

(8)

.. LalDPirtm D

- 8' - EBB 415

,o.j-,

f·

i I

11

!]L'

11ijl Il!1 ':

h^F

·it

H'HH1IH++HI-H-l-H++t-l-l-t,HHUJ..+I t

J ,I

I

Ir

il-

rr

Iq ijI

: rJ: it

; , !!1

,: i i ,

1::11 i " i l , j

: :::;

, JT. ij i i ' 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 lif

: •I I~^f 1.i>+-

If-,.

:il "'

:r t :

., , !iI;

i:

"

, ' : :

I, I ,

" ,,'

,

i' 1+

:" I IIi+j

, i , ' ii

i .: iIil!i1.l

ii, , : ' I Jill : -:_' ,:_{" i '}[: , Wj'!_{, I .}

I i

" :

" I

'~i ^' ,.1:::

, "

, ;

ii [Ii: iii:

i !

:~^J i;; ~!.'j; ] '

"

, ^"

,

: : i ;:;~ i: l ':

' I ; " i:

.: ::,;i

,:

,', " !

: : : !

; I i '

:I i i : ,,;:

" I::::,

, " " i

;1 i' , " i

,

:

;

":

, : ij

,:

:,

:

"

I

,

, :

i

, ,.,

: "':

I I '

i i i ' ',il

i': Ii :

! ,

,

I I'~'

i , i r •

: ':

,

" ,

; i

.:

j i :,

j;ll

J ;

'i:

i

i i

-: Ii'

, ,:ITI

:' :.

: il :¹

• I

I ,

i: j"

i,,' , i iT: ,', :: '

Ii " :

, , : ~! ,

, Ilii

'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 Ii

:

'i'

,

" [

, i ;: :

: Ti i

I: " ',r::

t "

I" : I

:

"

.. ,<^:i: ^:

! !

, " ' , I :iil

I ;

lJ' ·i

. ' ; :

t ~-[-t ;I ~

.:

Ii

,;,

I

i •

ri l! ,

I:,IJ .: ,

. r.: ; l . " , ' ,

, ,

',i,!,I!Id if i ! :;:

:;!!i.

" i " :

Iii';: ;

. : i

:

.:

.

i i 'iii ,ij

'I,

j; i, '

: , i ' ,

, ' II i-it

' i , l'

" ,

"

il::':';

. I :rl

tI: :::_~ ;

, ,

·:,1' , !; I,

iL::

:!

:': i ' iii "

lt

l

_1i: _i

i"

I .. :~" ~.. jt. .ⁱ ^;^• ^:

I ' l l 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

'aC C\I -1<'0

EE

M:

III•

'ii>- U

«0

r ...

B,~,,~,

I~ I

(9)

JADUAL PEMALAR

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

°

^1.21

EGO' eV pada

a

K

EG, eV pada 300⁰K 1.11

°

^-3 1.5 x 1010 ni 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