1. Основнітерміни та означеня в технології електроніки. Технологічність виробів та
 Скачать 2.01 Mb.
|
|
18.Легування напівпровідникових матеріалів методом дифузії. Різновиди джерел легуючій домішки. метод дифузії Зараз дифузія - основний метод отримання p-n переходів. Джерелом дифузії можуть бути рідина, газ або тверда речовина яке має у своєму складі потрібну домішку. Наприклад, кремнієві p-n переходи отримують дифузією алюмінію і бору в кремній n-типу, або дифузією фосфору в кремній p-типу з газового середовища. Дифузія відбувається в спеціальних печах при високій температурі, при якій забезпечується потрібне значення коефіцієнта дифузії домішки. Для кремнію ця температура дорівнює 1000 ... 1300 за Цельсієм. Дифузія може відбуватися як з постійного (необмеженого), так і з обмеженого джерела. Методом дифузії отримують плавні переходи. Розподіл домішок в напівпровіднику. А) - при дифузії з необмеженого джерела, б) - при дифузії з обмежені джерела. К-19. Легування напівпровідникових матеріалів методом іонної імплантації. Фізичні основи, апаратура та порівняльна характеристика з методом дифузії. Ионное легирование широко используется при создании БИС и СБИС. По сравнению с диффузией оно позволяет создавать слои с субмикронными горизонтальными размерами толщиной менее 0,1 мкм с высокой воспроизводимостью параметров. Ионы элементов, используемых обычно для создания примесной проводимости, внедряясь в кристалл полупроводника занимают в его решетке положение атомов замещения и создают соответствующий тип проводимости. Внедряя ионы III и V групп в монокристалл кремния, можно получить p-n переход в любом месте и на любой площади кристалла. Возможность легирования полупроводников (doping) из газовой фазы бором, фосфором, арсенидом является важнейшей особенностью ионной имплантации. Такой процесс легирования считается одним из наиболее чистых методов легирования. Имплантированый ион создает в полупроводнике заряд (дырку или электрон), меняя при этом его проводимость, что позволяет создать на поверхности кремния, например, изолирующую поверхность. Имплантированные ионы кислорода окисляют кремний превращающих его в окись кремния, являющегося прекрасным изолятором. Основными блоками ионно-лучевой установки являются источник ионов(ionsource), ионный ускоритель, магнитный сепаратор, система сканирования пучком ионов, и камера, в которой находится бомбардируемый образец (substrate). Ионы имплантируемого материала разгоняются в электростатическом ускорителе и бомбардируют образец. Ионы ускоряются до энергий 10-5000кэВ. Проникновение ионов в глубину образца зависит от их энергии и составляет от нескольких нанометров, до нескольких микрометров. Ионы с энергией 1-10 кэВ не вызывают изменений в структуре образца, тогда как более энергетичные потоки ионов могут значительно его разрушить. Технологияионногоимплантированияразрешаетвнедритьзаданноеколичествопрактически любого химического элемента на заданную глубину, позволяя таким образом сплавлять металлы, которые в расплавленном состоянии не смешиваются, или легировать одно вещество другим в пропорциях, которые невозможно достичь даже при использовании высоких температур. Возможно создавать композиционные системы с уникальными структурами и свойствами, существенно отличными от свойств основной массы детали. Введение импланта в основную решетку материала возможно без «соблюдения» законов термодинамики, определяющих равновесные процессы, например, диффузию и растворимость. Ионная имплантация приводит к значительному изменению свойств поверхности по глубине: слой с измененным химическим составом до 1-9 мкм; слой с измененной дислокационной структурой до 100 мкм. Сталкиваясь с электронами и ядрами мишени, ионы легирующего вещества на некоторой глубине теряют энергию и останавливаются. Если известны тип и энергия ионов и свойства обрабатываемого материала, то глубина проникновения (или длина пробега) может быть вычислена. Для пучков с типичными энергиями от 10 до 500 кэВ величина пробега достигает одного мкм. Как уже указывалось, вследствие влияния большого числа факторов, эпюра распределения внедренного вещества в поверхность близка по форме гауссовскому распределению. Внедрение ионов в кристаллическую решетку обрабатываемого материала приводит к появлению дефектов структуры. Выбитые из узлов решетки атомы вещества приводят к образованию вакансий и дефектов структуры в виде внедренных межузельных атомов. Эти же дефекты возникают при застревании между узлами решетки ионов. Скопление таких дефектов образует дислокации и целые дислокационные скопления к20. Отримання шарів окислу на поверхні кремнієвої підкладки. Застосування шарів SiO 2 в технології мікроелектроніці. Методи отримання шарів оксиду кремнію поділяють на дві групи: методи, засновані на хімічній реакції при взаємодії матеріалу пластини з окислювачем; методи, засновані на формуванні окисної фази при поставці готових кремнієкисневих асоціацій із зовнішнього середовища. У планарній технології частіше всього використовують (або можливе використовування) таких методів: термічне окислення кремнію; осадження оксиду кремнію за допомогою піролізу силанів; анодне окислення в розчинах електроліту; окислення в тліючому розряді (низькотемпературній кисневій плазмі), плазмохімічне осадження; осадження оксиду за допомогою хімічних реакцій перенесення; реактивне катодне розпилювання кремнію; окислення пористого кремнію. У виробництві напівпровідникових ІМС важливу роль відіграють шари оксиду кремнію, який має маскуючі, діелектричні, ізолюючі і захисні властивості. В конструкції напівпровідникових ІМС ці шари використовують для ізоляції елементів, як діелектрик підзатвора в МДН-транзисторах і діелектрик в МДН-конденсаторах, як підкладка для розміщення контактних площадок і внутрішньосхемних з'єднань з металевих плівок, для міжшарової ізоляції розведення і захисту кристалів. У технології виготовлення напівпровідникових ІМС головне призначення шарів , створення маски, необхідної при локальному обробленні напівпровідникових пластин. Крім того, шари використовують як джерело домішок при легуванні напівпровідників. К21. Загальна схема технологіїзбіркимікроелектроннихвиробів. Методиз’єднуванняелементів у твердомустані та з плавленням. Контроль герметичностівиробів. Удосконаленняконструкцій, підвищенняїхнадійності при довготривалійексплуатації у багатьохвипадкахстаєможливимзавдякивикористаннюкомпозиційізрізнихматеріалів. Безумовно, створенняз’єднанняізрізноріднихматеріалівускладнюєтехнологіюйогоформування. Для створеннянерознімнихз’єднаньзастосовуютьзварювання і паяння. У загальномурозгляді при створеннінерознімногоз’єднаннякінцевою метою є з’єднання, яке має характеристики, рівні за своїми параметрами, з матеріалом, щоз’єднується. Характерним є те, щотаківимоги в багатьохвипадкахможуть бути виконані для статичнихнавантажень. При знакозмінному, особливо вібраційномунавантаженнінаявністьгетерогенноїструктури в нерознімномуз’єднанніобумовлюєнерівнозначність характеристик основного металу і з’єднання. Структурніскладовінерознімногоз’єднання – дифузійнізони, метал шва, Исходный материал Очистка материала Формирование элементов, деталей Очистка элементов Формирование структуры Монтаж в корпусе Откачка- герметизация Выход Маркировка Испытания, контроль Обработка созданного изделия зониз’єднанняметалу шва і основи – створюютьгетерогенність, щосуттєвовпливає на сприйняттявібраційнихнавантаженьрізного виду дії – розтягування, скручування, зріз, удар – зокрема кожного і при їхкомбінації. Рівноїміцності за всіма характеристиками з основнимметаломнерознімніз’єднаннястворені в наш час завдякидосягненнямматеріалознавстватехнологіїзварювання. Застосуванняфізичнихметодіввпливу – магнітного поля, ультразвуку, імпульсногоплавлення, керуваннянапрямком і величиною градієнтатемператури при кристалізації – дозволяютьцілеспрямованоформувати структуру нерознімнихз’єднань. Поряд з фізичними методами при створеннінерознімнихз’єднаньзастосовуютьмікролегуваннярозплавленогометалу для створеннянайбільшприйнятноїструктурискладовихз’єднання. Надзвичайноширокіперспективи в цьомунапрямкунадаєзастосуваннянаноматеріалів [1-3]. Дослідженняфізико-хімічнихособливостейформуваннянерознімнихз’єднань при зварюванні є окремоюгалуззюнауково-практичнихзнань, в якійуспішнопрацюютьнауковці та інженериіндустріальнорозвинених держав. Окремі і узагальненівідомості про досягнення в зварювальнійтехнологіїнаведені в численнійнауково-технічнійлітературі. Порядзізварюванням у сучаснійтехніці і технологіївеликезначеннямаєпаяння і об’ємйогозастосування. Паяння у загальномувизначенні є процесомз’єднанняматеріалів у твердому станіприпоєм, якиймаєнижчу, ніж у матеріалу, щопаяється, температуру плавлення. При розплавлюванніприпійзатікає в зазор, змочуєповерхні, щопаяються, і при кристалізаціїутворює паяний шов. Паяння є одним з найстарішихспособівз’єднанняматеріалів, щозастосовувався при виготовленніювелірнихвиробів, зброї та побутовогообладнання. У наш час паяння є потужним методом створенняз’єднаньмайже в усіхгалузяхмашинобудування. Неодмінноюумовоюформування паяного з’єднання є здатністьрозплавленого припою змочувати і розтікатися по поверхніматеріалу, з’єднуватися з йогокристалічноюґраткою силами поверхневогозв’язкуабо силами, обумовленимивзаємноюдифузієюелементів. Процесиутвореннязв’язківповинніматинезворотний характер і при охолодженні не руйнуватись. З’єднання, щоформуються силами поверхневогозв’язку, належать до областінизькотемпературногопаяння, в якому температура плавлення припою не перевищує 4000С. Ця широка область охоплюєпаяніз’єднання, щозастосовуються в електроніці, електротехніці, теплотехніці, ювелірномувиробництві і мистецтві. Паяніз’єднання такими припоями допускаютьбагаторазовіроз’єднання і з’єднання деталей, що є важливим і незамінним при монтажних та ремонтних роботах в радіо- і приладобудуванні. В областінизькотемпературногопаянняпоряд з макроз’єднаннями в габаритнихвиробахстрімкийнауково-технічнийпрогресобумовлюютьпаянімікроз’єднання в сучасніймікроелектроніці, яка є вагомоюскладовоюрозвиткукібернетики. В наш час низькотемпературнепаяння є окремоюгалуззютеорії і практики, де звичайний паяльник замінюютьінструментами, щозабезпечуютьформуванняз’єднаньмікроннихрозмірів з мікронноюточністю і іззастосуваннямметодів на основінанотехнологій і наноматеріалів. У великому обсязідосліджено і узагальненовисокотемпературнепаяння, в якому температура процесузнаходитьсявище 7000С, а з’єднання, щоутворюються при паянні, як і при зварюванні, належать до нерознімних. Однакінформації про дослідження, якімають на метіствореннястиковихнерознімнихпаянихз’єднань, що, як і зварні, характеризуютьсямеханічнимивластивостями, рівноцінними основному металу при всіх видах навантажень, у науково-технічнійлітературіобмаль. Високотемпературнепаяннявміщує в себе широке коло фізико-хімічнихявищ, щовідбуваються у твердій, рідкій і газовій фазах: відновлення й дисоціація, випаровування і сублімація, змочування й капілярнатечія, дифузія й розчинення, адсорбційнезниженняміцності та ін. Церобить особливо актуальнимвивченняпроцесів, щовідбуваютьсяміж твердим основнимметалом і припоєм, флюсом, газовимсередовищем, не тільки для проблем паяння, але й з метою пізнаннябагатьоххімічних, електрохімічних, фізичних, термодинамічних, металургійних та іншихпроцесів. Контроль герметичности: Одной из задач герметизации является предотвращение проникновению внутрь корпуса газов из окружающей среды, всегда содержащей влагу. Проникающая в корпус влага растворяет газы и загрязнения, образуя в условиях электрических напряжений электролитические пары. В свою очередь это приводит к возникновению отказов, выражающихся в шунтирующих утечках и обрывах. Для ионных газонаполненных корпусов достаточно объективными показаниями качества герметизации может служить величина течи из корпуса. Для микросхем, спрессованных пластмассами, необходимо проводить испытания непосредственно в атмосфере с повышенной влажностью. Методы испытания должны одновременно удовлетворять требованиям высокой чувствительности и экономичности. Наиболее чувствительным является радиоактивный метод (чувст. 10^-3 -10^-9мкм. рт.ст.^(-л/с)).Образцы подлежащие испытанию герметизируются в атмосфере сжатого радиоактивного газа. При испытании с помощью счетчиков регистрируется интенсивность гамма-излучения газа, вытекающего из корпуса. В следствии сложности и высокой стоимости этот метод может быть рекомендован только в экспериментальном производстве. Масс – спектрометрический метод основан на обнаружении гелиевым,предварительновведеним в корпус прибора.Применение гелия обусловлено обусловлено его высокой проникающей способностью(малые размеры молекул). Высокая проникающая способ.гелия затрудняется обнаружеием больших течей,так как к моменту испытания гелий может полностью вытечь с корпуса. Поэтому для образцов, подлежащих испытанию.целесообразно вводить гелий после герметизации, но непосредственно перед испытанием. Для этого герметизированные микросхемы выдерживают в течении нескольких суток в колбе,заполненной гелием до атмосферного давления. Масс – спектрометрический метод целесообразен только для выборочного контроля При проверке герметичности вакуумно-жидкостными методами микросхемы помещают в емкость с керосином ,над которым создается разрежение (20-15 мм.рт.ст.) Вытекающий из корпуса газ позволяет определить не только интенсивность, но и место расположения течи. Чувств.метода 5*10^-3 мкмк. Он является весьма распространенным в производстве для выборочного метода контроля. Компресионно-термический метод отличается от предидущеготем,что испытуемые микросхемы погружают в нагретое масло. При этом давление газа внутри корпуса повышается и чувств. Метода несколько увеличивается (4*10^-3мкм.рт.ст.л/с) К22. Аргонно-дугове зварювання - широко поширений метод зварювання. У процесу аргонно-дугового зварювання є властиві лише йому особливості. По-перше, процес об `єднує в собі електрозварювання і газозварювання. По-друге, специфіка зварюваного матеріалу. У процесі використовується електрична дуга і інертний газ - аргон. Зварювання відбувається за допомогою вольфрамового електрода, який охоплюється соплом з кераміки; для захисту зварювального шва від окислення в сопло подається аргон. Аргонно-дугове зварювання дозволяє добитися приголомшливої якості шва, тому незамінна при виконанні тонких зварювальних робіт. Ця технологія дозволяє працювати з наступними матеріалами: чавун, титан, алюміній, нержавіюча сталь, салумін. Сварка в аргоне, гелии и других инертных газах имеет следующие преимущества перед сваркой покрытыми электродами и под флюсом: 1. Обеспечивает надежную защиту расплавленного металла от воздействия кислорода окружающего воздуха. 2. Не требует применения покрытий и флюсов, флюсы усложняют аппаратуру и процесс сварки и образуют, как и покрытия, шлаки, могущие загрязнять шов. 3. Характеризуется высокой производительностью и устойчивостью процесса сварки. 4. Позволяет осуществлять полную автоматизацию и механизацию процесса сварки. 5. Допускает возможность сварки разнородных металлов. В качестве неплавящихся электродов применяют вольфрамовые стержни. Вольфрам представляет собой тугоплавкий металл, плавящийся при 3350—3600° С. Для электрода берется вольфрамовая проволока диаметром от 1 до 8 мм, содержащая до 1,5—2% окиси тория, или вольфрамовая проволока BЛ-10 с примесью лантана. Добавка к вольфраму тория или лантана при сварке на постоянном токе прямой полярности обеспечивает высокую устойчивость дуги, хорошее ее зажигание, позволяет повысить плотность тока в электроде при малом расходе вольфрама и уменьшает чувствительность электрода к загрязнениям при коротких замыканиях его на изделие. В процессе сварки электрод частично испаряется; расход вольфрамовых электродов при токе до 300 А равен примерно 0,5 г/м шва. Сучасний апарат аргонної зварювання являє собою інверторний зварювальний апарат з мікропроцесорним управлінням, в якому в якості виконавчого пристрою застосована пальник з вольфрамовим електродом і інертний газ з зовнішнього балона. Сама аргон зварювання в залежності від конкретних умов ведеться як на постійному, так і на змінному струмі, а для підпалу дуги використовується спеціальний генератор- осцилятор. Його необхідність пояснюється тим, що при аргоно-дугового зварювання підпалити дугу дотиком складно, тому що цьому перешкоджають особливі властивості самого інертного газу. Крім того, дотик до виробу вольфрамовим електродом призводить до його інтенсивного оплавлення і зносу. Тому в апараті аргонної зварювання для запалювання дуги паралельно джерелу живлення підключається осцилятор, що подає високочастотні імпульси, що забезпечують запалювання дуги. Електрична дуга горить між не витратним вольфрамовим електродом і поверхнею виробу, що зварюється. Сам електрод знаходиться в пальнику, через сопло якої безперервно подається інертний газ аргон. Витратним матеріалом тут є спеціальна присадний дріт, яка автоматично або вручну подається в зону горіння дуги. Застосування інверторних систем дозволяє зробити пристрій максимально компактними, що дає можливість вести аргон зварювання у важкодоступних місцях або польових умовах. 23. Електронно-променеве зварювання, апаратура та застосування. Електронний промінь отримують у вакуумному пристрої — електронній гарматі. У вакуумі з розжареного катода виділяються електрони, що рухаються до анода — зварюваної деталі. Ці електрони прискорюються електричним полем, створюваним спеціальним пристроєм, і набирають значну швидкість й енергію. Для отримання електронного променя електрони фокусують магнітним полем, створюваним спеціальним пристроєм. Сфокусовані у щільний пучок електрони, вдаряючись у зварювані деталі, віддають їм свою енергію, яка плавить і зварює метал. Вакуум у середині камери необхідний для того, щоб енергія електронів не витрачалась на іонізацію газу в камері, та для одержання шва без газових включень. Глибокий вакуум (10-4 мм рт. ст.) створюється насосною системою зварювальної установки. |