Fabricación de Semiconductores
Los semiconductores son materiales inorgánicos u orgánicos que pueden controlar su conducción dependiendo de su estructura química, temperatura, iluminación y la presencia de dopantes. Estos materiales tienen una conductividad eléctrica entre un metal, como el cobre o el oro, y un aislante, como el vidrio, debido a su nombre «semiconductor». Poseen una brecha de energía menor a 4eV (aproximadamente 1eV). En física del estado sólido, esta brecha de energía, o brecha de banda, es un rango de energía entre la banda de valencia y la banda de conducción donde los estados de electrones están prohibidos. A diferencia de los conductores, los electrones de los semiconductores necesitan obtener energía (por ejemplo, de la radiación ionizante) para cruzar la brecha de banda y alcanzar la banda de conducción. Las propiedades de los semiconductores están determinadas por la brecha de energía entre las bandas de valencia y de conducción.
Proceso de Fabricación
La fabricación de semiconductores se realiza típicamente a través de un proceso conocido como fabricación de semiconductores. Los pasos básicos involucrados en el proceso son:
- Crecimiento de Cristales: El primer paso es cultivar un cristal puro de silicio que servirá como sustrato para el resto del proceso.
- Preparación de Obleas: Después de cultivar el cristal, se corta en finas obleas. Estas obleas se pulen para eliminar defectos superficiales o impurezas.
- Recubrimiento de Fotoresistente: Se aplica una capa delgada de material fotorresistente a la superficie de la oblea.
- Máscara Fotográfica: Se coloca una máscara fotográfica sobre la oblea, y se expone todo el conjunto a luz ultravioleta. El material fotorresistente reacciona a la luz, creando un patrón en la superficie de la oblea.
- Grabado: Se graba la oblea usando una solución química o plasma, eliminando el material de silicio de las áreas no protegidas por el fotorresistente.
- Implantación de Iones: Se implantan iones en las áreas expuestas de la oblea para alterar sus propiedades eléctricas.
- Procesamiento Térmico: La oblea se calienta en un horno para activar los iones implantados y recocer la estructura cristalina del silicio.
- Deposición: Se depositan capas de materiales en película delgada sobre la oblea mediante deposición química de vapor u otros métodos.
- Fotolitografía: Se elimina el fotorresistente y se cubre la oblea con una nueva capa de fotorresistente. Este proceso se repite para crear capas adicionales de materiales con patrones en la oblea.
- Corte y Empaquetado: Una vez completadas todas las capas, la oblea se corta en chips individuales y se empaquetan para su uso en dispositivos electrónicos.
Todo el proceso de fabricación de semiconductores es altamente automatizado y preciso, con muchos de los pasos siendo repetidos cientos o miles de veces para crear un solo chip.
Tipos de Semiconductores
Los semiconductores se pueden clasificar en dos tipos básicos según sus propiedades electrónicas:
- Semiconductores Intrínsecos: Estos son semiconductores puros compuestos por un solo elemento (por ejemplo, Silicio, Germanio) y no tienen dopaje intencional con impurezas. Los semiconductores intrínsecos tienen un número específico de electrones en su banda de valencia y banda de conducción. Conducen electricidad cuando se calientan, y algunos electrones obtienen suficiente energía para liberarse de sus enlaces y convertirse en electrones libres en la banda de conducción.
- Semiconductores Extrínsecos: Estos son semiconductores impuros que se dopan intencionalmente con impurezas para cambiar sus propiedades electrónicas. Los semiconductores extrínsecos pueden clasificarse aún más en dos tipos:
- Semiconductores tipo p: En los semiconductores tipo p, se introducen átomos de impureza como el boro en el material semiconductor. Estas impurezas tienen menos electrones de valencia que el material semiconductor, lo que resulta en «huecos» (ausencia de electrones) en la banda de valencia. Estos huecos pueden conducir corriente como portadores de carga positiva, lo que otorga al material su designación de tipo p.
- Semiconductores tipo n: En los semiconductores tipo n, se introducen átomos de impureza como el fósforo en el material semiconductor. Estas impurezas tienen más electrones de valencia que el material semiconductor, lo que crea electrones excedentes en la banda de conducción. Estos electrones excedentes pueden conducir corriente como portadores de carga negativa, lo que otorga al material su designación de tipo n.
