دیود پیوند انتشاری (Diffused Junction Diode)، در مدارهای الکتریکی (Electrical Circuit)
انواع دیودها (Diode) را در آموزش زیر شرح دادیم :
دیود پیوند انتشاری (Diffused Junction Diode) :
دیود پیوند انتشاری (Diffused Junction Diode) نوعی دیود نیمه هادی است که در آن پیوند P-N با استفاده از فرآیند نفوذ (Diffusion) ناخالصی ها به درون یک زیرلایه نیمه هادی ایجاد می شود. این روش در اواخر دهه ۱۹۵۰ توسعه یافت و به سرعت جایگزین روش های آلیاژی (Alloy) و رشد یافته (Grown) شد، زیرا کنترل دقیق تری بر پروفایل ناخالصی و امکان تولید انبوه را فراهم می کرد.
فرآیند ساخت دیود پیوند انتشاری به این صورت است: یک ویفر نیمه هادی (معمولا سیلیکون نوع N) در یک کوره با دمای بالا (۱۰۰۰-۱۲۰۰ درجه سانتیگراد) قرار می گیرد. گازی حاوی ناخالصی نوع P (مانند بور) از روی ویفر عبور داده می شود. اتم های بور به داخل ویفر نفوذ کرده و یک لایه نازک با غلظت بالای بور در سطح ویفر ایجاد می کنند. این لایه به نوع P تبدیل می شود و با زیرلایه نوع N یک پیوند تشکیل می دهد.
روش انتشاری مزایای زیادی دارد: کنترل دقیق عمق پیوند و پروفایل ناخالصی، امکان ایجاد پیوندهای بسیار نازک و پیچیده، قابلیت تولید انبوه با یکنواختی بالا، و سازگاری با فوتولیتوگرافی (Photolithography) برای ساخت هزاران دیود بر روی یک ویفر. این مزایا دیود انتشاری را به روش استاندارد در صنعت نیمه هادی تبدیل کرد.
پارامترهای دیود پیوند انتشاری به کاربرد بستگی دارد. با کنترل دقیق فرآیند نفوذ، می توان دیودهایی با ویژگی های مختلف ساخت: دیودهای یکسوساز با ولتاژ معکوس بالا، دیودهای سیگنال با سرعت بالا، دیودهای زنر با ولتاژ شکست دقیق، و غیره. این تنوع، دیود انتشاری را به پرکاربردترین نوع دیود تبدیل کرده است.
کاربرد دیود پیوند انتشاری بسیار گسترده است و تقریبا تمام دیودهای سیلیکونی مدرن (به جز برخی انواع خاص مانند شاتکی) با این روش ساخته می شوند. از دیودهای 1N400x (یکسوساز) گرفته تا 1N4148 (سیگنال) و دیودهای زنر BZX55، همگی با روش انتشاری ساخته می شوند.
روش انتشاری پایه و اساس ساخت مدارات مجتمع (ICs) نیز هست. در ICها، میلیون ها ترانزیستور و دیود با استفاده از ترکیبی از نفوذ (Diffusion) و تزریق یونی (Ion Implantation) بر روی یک تراشه سیلیکونی ساخته می شوند. بنابراین، دیود پیوند انتشاری نه تنها خود یک قطعه مهم است، بلکه فناوری ساخت آن برای تمام صنعت نیمه هادی حیاتی است.
یکی از پیشرفت های مهم در روش انتشاری، استفاده از نفوذ دو مرحله ای (Two-Step Diffusion) برای کنترل بهتر پروفایل ناخالصی است. در این روش، ابتدا یک نفوذ با غلظت بالا (Pre-deposition) انجام می شود و سپس یک نفوذ بازتوزیع (Drive-in) برای رساندن ناخالصی به عمق مورد نظر و ایجاد پروفایل مطلوب.
روش انتشاری همچنین امکان ایجاد پیوندهای با پروفایل خطی (Linear Graded) یا ناگهانی (Abrupt) را با کنترل شرایط نفوذ فراهم می کند. این ویژگی برای ساخت دیودهای واراکتور (Varactor) با مشخصه C-V خاص یا دیودهای بازیابی سریع با زمان بازیابی کنترل شده استفاده می شود.
با پیشرفت فناوری، روش تزریق یونی (Ion Implantation) که کنترل دقیق تری بر مقدار و عمق ناخالصی دارد، تا حد زیادی جایگزین نفوذ شیمیایی در ساخت دیودها و ترانزیستورهای مدرن شده است. با این حال، اصول پایه ای پیوند انتشاری همچنان در کنار تزریق یونی استفاده می شود.
در نهایت، دیود پیوند انتشاری یک نقطه عطف در تاریخ نیمه هادی ها است. این روش تولید انبوه قطعات با کیفیت و قابل اعتماد را ممکن ساخت و راه را برای عصر مدارات مجتمع و الکترونیک مدرن هموار کرد. تقریبا تمام دیودهای مورد استفاده امروز، به نوعی وام دار این فناوری هستند.
