El primer paso en la manufactura de cualquier dispositivo semiconductor consiste en obtener materiales semiconductores como el germanio o el silicio, del nivel de pureza deseado. La mayor parte de los procesos de fabricación actuales de los diodos requieren niveles de impureza menores que una parte por mil millones.
Las materias primas se someten primero a una serie de reacciones químicas y a procesos de refinación de zonas para formar un cristal policristalino del nivel de pureza que se persigue. Los átomos de un cristal de estas características se encuentran arreglados en forma desordenada, en tanto que en el mono cristal que se busca, los átomos se arreglan en una estructura de red geométrica, uniforme y simétrica.
Fig. 1. Aparato para refinar semiconductores.
El aparato para el refinamiento de zonas se muestra en la figura 1. Se compone de un recipiente de grafito o cuarzo para lograr una contaminación mínima, un contenedor de cuarzo y un grupo de bobinas de inducción de RF ( radio frecuencia ). Ya sean las bobinas o el recipiente deben ser móviles a lo largo del contenedor de cuarzo. El mismo resultado se obtendrá en cualquiera de los casos, aunque en el caso que consideramos aquí las que se mueven son las bobinas, ya que parece ser el método más común. El interior del contenedor de cuarzo se llena con una gas inerte ( que reacciona muy poco o nada ) o se le aplica un vacío, para reducir aún más la posibilidad de contaminación. En el proceso de refinamiento de zonas se coloca una barra de germanio o silicio en el recipiente con las bobinas en un extremo de la barra, como se ilustra en la figura 1. Después se aplica a la bobina la señal de radio frecuencia, que inducirá un flujo de carga ( denominado corrientes de eddy ) en el lingote de germanio o silicio. La intensidad de estas corrientes aumenta hasta que se desarrolla una cantidad de calor suficiente para fundir esa esa región del material semicondutor. Las impurezas en el lingote pasarán a un estado más líquido que el material semiconductor circundante. Si después las bobinas de inducción de la figura 1 se mueven lentamente hacia la derecha para provocar fusión en la región vecina, las impurezas "más licuadas" seguirán la región fundida. El resultado neto es que un gran porcentaje de las impurezas aparecerá en el extremo derecho de la barra semiconductora cuando las bobinas de inducción hayan alcanzado dicho extremo. Esta parte de impurezas en el extremo puede entonces cortarse, y repetirse el proceso completo hasta que se haya logrado el nivel de impurezas que se desea.
Fig. 2. Proceso Czocharalski.
El paso siguiente en la secuencia de fabricación del semiconductor es la formación de un monocristal de germanio o silicio. Esto puede llevarse a cabo empleando la técnica de Czocharalski. El aparato que se emplea se muestra en la figura 2. El material policristalino se transforma primero al estado fundido mediante las bobinas de inducción de RF. Un monocristal "semilla" de nivel de pureza deseado se sumerge después en el Silicio fundido y se retira en forma gradual miestras se gira lentamente el eje que sostiene la semilla. Confome ésta se retira, una estructura de red de monocristal de silicio crecerá sobre la "semilla", como se ilustra en el "cuello" del lingote en la figura 3. Los lingotes resultantes monocristalinos miden por lo general de 15 a 91 cm de largo y de 2,5 a 12,7 cm de diámetro.
Fig. 3. Lingote de silicio puro.
