Билет №7
1. Классификация веществ по степени чистоты. Основные примесночувствительные свойства изделий эт.
Классификация высокочистых веществ
К высокочистым веществам относят металлы и полупроводниковые материалы, если содержание каждой из контролируемых примесей в них не превышает 1*10-4% (по массе), а также газы - если содержание каждой из контролируемых примесей в них не превышает 1*10-3% (по объему). Высокочистым веществам, в зависимости от количества и суммарной концентрации контролируемых примесей, присваивают марки двух категорий: ВЭЧ ("вещества эталонной чистоты") и ОСЧ ("особо чистые вещества"). В веществах марки ВЭЧ лимитируется как общее содержание примесей, так и на более низком уровне содержание некоторых нежелательных примесей. Перед обозначением ВЭЧ пишут число, соответствующее общему содержанию примесей, а после - два числа через тире: первое показывает количество лимитируемых нежелательных примесей; второе - отрицательный показатель степени суммы содержания этих примесей. Например, маркировка 003 ВЭЧ 4-5 означает, что содержание основного вещества составляет более 99,997%, при этом лимитируется содержание четырех примесей и сумма их составляет 10-5 %. В веществах марки ОСЧ на очень низком уровне лимитируется содержание большого числа нежелательных примесей. В обозначениях после букв ОСЧ приводятся два числа через тире: первое показывает, сколько примесей лимитируется в данном особо чистом веществе, второе - отрицательный показатель степени суммы содержания этих примесей. Например, для особо чистого SiO2 нормируется десять примесей (Al, B, Fe, Cu, Mg, Na, P, Ti, Sn, Pb), причем общее содержание их не превышает 10-5 % (по массе). Марку такого вещества обозначают ОСЧ-10-5 .29 При составлении обозначений марок обеих категорий не учитываются примеси, отраженные в соответствующем ГОСТе или ТУ, если они нормируются в тех же количествах. Кроме того, рекомендуется округлять значащие цифры суммы содержания примесей до единиц с нулями. В зарубежной литературе принято квалифицировать вещества по чистоте числом n атомов (молекул) примесей, приходящихся на количество атомов основного вещества:
1) 1000 атомов или молекул основного вещества к n 0/00 (n promille);
2) 106 атомов или молекул основного вещества к n ppm(n parts per millon);
3) 109 атомов (молекул) основного вещества к n ppb (n parts per billion).
Так, например, материал с концентрацией примеси 1ppm содержит 1
атом примеси на 106 атомов основного вещества, что составляет концентрацию 10-6атомной доли
Кроме такой классификации для обозначения веществ высокой степени чистоты используют символ N и различают вещества по качеству цифровыми индексами. Цифра, стоящая перед N, означает полное количество "девяток" в числе, выражающем концентрацию основного компонента в процентах (по массе), а цифра, стоящая после N, является последней цифрой в данном числе. Например, обозначение чистоты знаком 5N8 соответствует содержанию основного вещества 99,9998 %; 2N5 - 99,5 % и т.д. Если при получении особо чистого вещества использовался метод зонной плавки, то к обозначению степени чистоты этого вещества добавляют букву Z. Например, символ 6N(Z) соответствует чистоте продукта 99 %. Более определенным и точным является указание содержания каждой контролируемой примеси. Например, 10-2 % (по массе) той или иной примеси в материале, или указывают число атомов примеси, содержащихся в одном кубическом метре (или сантиметре) материала, например 1017, 1024 атомов /м3 и т.д.
Существуют и другие способы маркировки. Так для оценки степени чистоты п/п материалов часто используют величину удельного сопротивления, которая зависит от концентрации доноров и акцепторов. В настоящее время понятие чистоты вещества стало значительно шире, чем химическая чистота. Например, в электронной технике при использовании полупроводников и диэлектриков в виде монокристаллов важна не только химическая, но и физическая чистота. Под ”физической чистотой“ понимают отсутствие структурных дефектов кристаллической решетки. Эти дефекты так же, как и химические примеси, могут оказать сильное влияние на свойства материалов. При этом химическая и физическая чистота имеет глубокую взаимосвязь, так как структурное совершенство монокристаллов во многом зависит от наличия примесей в кристаллической решетке; а кроме того, предел химической очистки монокристалла зависит от типа и количества структурных дефектов в процессе выращивания монокристалла
Получение пленок кремния и германия из газовой фазы методом, водородного восстановления.
Процесс водородного восстановления элементов из их галогенидов (чаще всего хлоридов) широко используют в промышленности для получения эпитаксиальных слоев кремния, германия и полупроводниковых соединений, поликристаллического кремния и целого ряда других элементов высокой степени чистоты. По сравнению с другими восстановителями (углерод, оксид углерода и др.) водород обладает рядом достоинств. К ним относится высокая восстановительная способность, обусловлен¬ ная большой величиной нормального сродства водорода к га¬ лоидам; простота дозировки и подачи в зону реакции; возмож¬ ность глубокой очистки водорода и связанная с этим меньшая вероятность загрязнения в процессе получаемого материала. Однако высокая стоимость высокочистого водорода приводит к большому его вкладу в общие расходы по получению полупро¬ водниковых материалов.
Высокочистый водород получают пропусканием его через нагретые трубчатые палладиевые элементы. При этом водород диффундирует через их стенки, а примеси (пары воды, кислород, азот и др.) не проходят через фильтр и выбрасываются в атмо¬ сферу вместе с частью потока водорода. Чистоту водорода контролируют по остаточному содержанию паров воды, которое определяется по точке росы. Достаточно чистым считается во¬ дород с точкой росы —70° С, что соответствует содержанию па¬ ров воды ~ 10_4%.
