Fabrication des Semi-conducteurs
Les semi-conducteurs, éléments inorganiques ou organiques, jouent un rôle clé dans le contrôle de la conduction électrique. Leur capacité à moduler cette conduction dépend de la structure chimique, de la température, de l’illumination et de la présence de dopants. La conductivité électrique des semi-conducteurs se situe entre celle des métaux, comme le cuivre ou l’or, et celle des isolants, tels que le verre. Ils présentent un gap énergétique inférieur à 4eV (environ 1eV).
En physique de l’état solide, ce gap énergétique ou bande interdite est une plage d’énergie entre la bande de valence et la bande de conduction où les états électroniques sont interdits. Contrairement aux conducteurs, les électrons des semi-conducteurs doivent acquérir de l’énergie (par exemple, via le rayonnement ionisant) pour franchir ce gap et atteindre la bande de conduction. Les propriétés des semi-conducteurs sont déterminées par le gap énergétique entre les bandes de valence et de conduction.
Processus de Fabrication
La fabrication des semi-conducteurs se fait généralement par un processus appelé « fabrication des semi-conducteurs ». Voici les étapes de base :
- Croissance du Cristal : La première étape consiste à faire croître un cristal pur de silicium, qui servira de substrat pour le reste du processus.
- Préparation du Wafer : Après la croissance du cristal, il est découpé en fines tranches (wafers). Ces wafers sont polis pour éliminer les défauts de surface ou les impuretés.
- Revêtement de Photoresist : Une couche mince de matériau photoresist est appliquée sur la surface du wafer.
- Photo Masquage : Un masque photo est placé sur le wafer, et l’ensemble est exposé à la lumière ultraviolette. Le matériau photoresist réagit à la lumière, créant un motif sur la surface du wafer.
- Gravure : Le wafer est gravé à l’aide d’une solution chimique ou d’un plasma, retirant le matériau de silicium des zones non protégées par le photoresist.
- Implantation d’Ions : Des ions sont implantés dans les zones exposées du wafer pour en modifier les propriétés électriques.
- Traitement Thermique : Le wafer est chauffé dans un four pour activer les ions implantés et recuire la structure cristalline du silicium.
- Dépôt : Des couches de matériaux en film mince sont déposées sur le wafer en utilisant la déposition chimique en phase vapeur ou d’autres méthodes.
- Photolithographie : Le photoresist est retiré, et le wafer est recouvert d’une nouvelle couche de photoresist. Ce processus est répété pour créer des couches supplémentaires de matériaux à motifs sur le wafer.
- Découpe et Emballage : Une fois toutes les couches complétées, le wafer est découpé en puces individuelles et emballé pour utilisation dans les dispositifs électroniques.
Le processus entier de fabrication des semi-conducteurs est hautement automatisé et précis, plusieurs étapes étant répétées des centaines ou des milliers de fois pour créer une seule puce.
Types de Semi-conducteurs
Les semi-conducteurs se classifient en deux types principaux selon leurs propriétés électroniques :
- Semi-conducteurs Intrinsèques : Ceux-ci sont purs et constitués d’un seul élément (comme le Silicium, le Germanium), sans dopage intentionnel d’impuretés. Ils conduisent l’électricité lorsqu’ils sont chauffés, et certains électrons acquièrent suffisamment d’énergie pour se libérer de leurs liaisons et devenir des électrons libres dans la bande de conduction.
- Semi-conducteurs Extrinsèques : Ce sont des semi-conducteurs impurs, intentionnellement dopés avec des impuretés pour changer leurs propriétés électroniques. Ils peuvent être classés en deux types :
- Semi-conducteurs de type p : Dans ces semi-conducteurs, des atomes d’impureté tels que le bore sont introduits. Ces impuretés ont moins d’électrons de valence que le matériau semi-conducteur, ce qui résulte en la création de « trous » (absence d’électrons) dans la bande de valence.
- Semi-conducteurs de type n : Dans ces semi-conducteurs, des atomes d’impureté tels que le phosphore sont introduits. Ces impuretés ont plus d’électrons de valence que le matériau semi-conducteur, créant un excès d’électrons dans la bande de conduction.
