Universiti Sains Malaysia

Peperiksaan Semester Pertama

Sidang Akademik 1988/89

EBB 415 BAHAN SEMIKONDUKTOR II

Tari kh: 26 Olctober 1 988

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 PelengkapLampiran 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 kitaranLampiran E Jadual Pemalar

.••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 (EF) 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 - H di 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 araspenderma, aras Fermi dan aras intrinsik berdasarkan tepi jalur

valensi (Ev = 0). (10 markah)

Q r) Huraikan kesan suhu pada

i) Kepekatan pembawa intrinsikii) Keberaliran

iii} Fungsi kebarangkalian Fermi-Dirac

122

(30 markah)

... 3/-

- 3 - EBB 415

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 bendasing 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 - 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 (hFE). 124oooSooo

(20 markah)

- 5 -EBB 41 5 Lampi ran A

y31

~"'-" ~

'"r-,~r-,

'\

~" -

t--'\.

'~

\.~

\1\

~-

-\

\.\

1\-\\\,

\\\

I \,

~

1.0' . I~ , .. .

lO~

5 X 10-1,

5 x 10--"

...6/-

125

- 6 -

Temperature, 0 C

EBB 415 Lampi ran, B

>en (/'J_. . ,--~ .~_.

~......~ I ( ., --........... .'-.

o .-.;:::J =...--- T

0, ...- w::

.I

::s ~ I i.,

Cd.

enu-10---

.....:::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 T

/ 1 1 Ir r i i \1

t7 V· ~ .~,

/ >- V ./VI ~P"- c -. -- ~-"][ ~-. ., T ~

I , ( j .J"

I v:7 ~./"..

c:> .,

C'l CO)o 0

..... 0 0o

Io,Jto.)

......o~-

.......0....,

c

:t> ..-(""'t- O0 -3 .c

en<,o ......3 0-C..J CIC

o-~

-.Joa

cooo

CDoo

ooo

..... tvo 0o ' 0

,.....Aoo

Plot Kebolehlarutan PepAjal Elimen BerniasirigDalam 5jlikon

12G

- 7 - EBB 415Lampiran C

'I'cmpcrn turc, 0 C1420 1300 1200 1100 1000. DOO

T - T'

~ .1

O.GO 0.G5 0.70 0.80 0.85

Plot Pekali Hesapan Sebega i Fungs i SuhuIlrrt.uk Jt:limen .. ~:limen Bondas i ng Da l am Silikon

... 8/-

.. LalDPirtm D- 8' - EBB 415

,o.j-,

f·

i I

11

!] L'ijl11

Il!1 ':hF

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

tJ

,I

I

Ir

il-

rr Iq ijI: rJ: it

; , !!1, : ii,

1::11i "il,j

: :::;

, JT. i j ii'

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 l if: • I I ~ f 1.i>+-

If- ,.

:il "'

: r t :

, !i., I ;

i:

"

, '::

I ,I,

" ,,'

,

i' 1+:" I II i+ j

,i, ' iii .: i I il!i1.l

ii, , :' I Jil l: -: ,: [: , Wj'!

' "i' ,I.

I i

" :

" I

'~i ' ,.1:::

, "

, ;

i i [Ii: iii:

i !

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

, "

,

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

'I;" i:

.: :: ,;i

,:

,', " !:: : !

; Ii'

: Iii : ,,;:" I::::,

, " " i

;1 i ' , "i

,

:

;

":

,

:

128

ij

,:

:,

:

"

I

,

:,

i

, ,.,: "':

II'

iii' ',ili': I i :

!,

,

I I'~'

i,i r •

: ':

,

",

; i.:

ji :,

j;ll

J ;

'i:

i

i i

-: Ii '

,

:IT, I

:' :.

: il : 1

• I

I ,

i : j"

i,,' ,i iT: , ', :: 'Ii " :

, , : ~! ,

, Il ii'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 I i

:

' i'

,

"[

, i ;: :

: Ti i

I: " ', r::t "

I" : I

:

"

.. ,< :i: :

! !

, "',I :i i l

I;

lJ' ·i

.'; :

t ~ -[-t ; I ~

.:

Ii

,;,

I

i •

r i l ! ,

I:, IJ .: ,. r.: ; l. ",' ,

, ,

',i,!,I! Id ifi ! :;::;!!i."i" :

Iii';: ;

. : i

:

.:

.

i i 'iii , ij

'I,

j ; i, '

: ,i ' ,

, ' II i- it'i, l '

",

"

il::':';.

I: rl

It :

: : : ~ ;

, ,

·:,1' , !; I,

iL: ::!

:' :i'iii "

ltl1i: i

i"I .. : ~" ~ .. j t. . i ; • :

I'll 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

'aCC\I

-1<'0

EEM:III•'ii>­U«0

r...

B,~,,~,I~ I

Kertas Geraf Separa- Log 6 J(itaraD

Lampiran E- 9 -

JADUAL PEMALAR

mB 415

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

° 1.21EGO' eV pada a K

EG, eV pada 3000K 1.11

° -3 1.5 x 1010ni 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