Kuzmichev

нагрівач катоду, HVG – високовольтне джерело живлення, E – генератор електронного променя)

Електронно-променеве випаровування також передбачає наявність матеріалу для випаровування, який, як правило, розміщується у мідному тиглі з водяним охолодженням. Водяне охолодження обов’язкове для запобігання розплавлення матеріалу тигля під дією електронного променя.

Керуванням положенням електронного променя

Точка, в якій електронний промінь бомбардує матеріал для випаровування, називається точкою зіткнення. Для забезпечення можливості керування положення точки зіткнення відносно тигля використовують два електромагніти, зорієнтовані перпендикулярно один до одного, а також постійний магніт. Постійний магніт забезпечує захист електроннопроменевого випаровувача та вакуумної камери від теплової дії електронного променя у випадку пошкодження електромагнітів. Для керування магнітним полем електромагнітів використовують окремий керуючий електричний модуль. Останній стабілізує струм через котушки електромагнітів для забезпечення постійного положення точки зіткнення, незважаючи на зміну зовнішніх умов, наприклад, температури електронно-променевого випаровувача

К17.Нанесенняматеріалу на підкладки методом осадженняізгазовоїфази без та з плазмовоюпідтримкою (методи CVD та PE CVD).

Основу методов составляют процессы (CVD, PECVD) формирования покрытий при пиролизе (водородном восстановлении) газообразных химических соединений из паровой фазы различных элементов в условиях атомно-ионного модифицирования поверхности и возбуждения неравновесной низкотемпературной плазмы с температурой активных частиц, достигающей миллионов градусов.

Формирование покрытий CVD методом происходит за счет протекания на нагретой поверхности изделий гетерогенных процессов разложения (водородного восстановления) металлсодержащих химических соединений (карбонилы металлов Fe, Mo, Cr, W, металлорганическая жидкость "Бархос", иодидные или хлоридные соединения) находящихся в реакционном объеме в газообразном состоянии.

Благодаря высокой подвижности и интенсивности процессов массопереноса, присущих газообразным средам, метод CVD покрытий обладает исключительной "кроющей" способностью. Возможность обеспечивать высокие массовые потоки металлсодержащего соединения в газообразном состоянии к покрываемой поверхности позволяет реализовать высокую производительность процессов нанесения покрытия, в которых скорость роста может достигать от нескольких сотен микрон в час до нескольких миллиметров в час. Высокая поверхностная подвижность адсорбированных металлсодержащих соединений позволяет в CVD процессах получать покрытия с плотностью, близкой к теоретической, при температурах ~ 0,15-0,3 от температуры плавления материала, что недоступно для других методов нанесения покрытий, а также формировать совершенные эпитаксиальные покрытия.

Относительная простота очистки от большинства примесных элементов на стадии получения металлсодержащих соединений благодаря избирательности процессов химического взаимодействия исходных продуктов на нагретой поверхности, дополнительная дистилляция в процессе его перевода в газообразное состояние из твердого или жидкого состояния, в котором эти соединения обычно находятся при нормальных условиях, обусловливают высокую степень чистоты получаемых CVD методом покрытий.

Мощным инструментом воздействия как на кинетику CVD процессов нанесения покрытий, так и свойства покрытий является плазменная поддержка (PECVD). Применение различных приемов возбуждения плазмы в реакционном объеме и управление ее параметрами позволяет интенсифицировать процессы роста покрытий,

сдвигать их в область более низких температур, делает более управляемыми процессы формирования заданного микрорельефа и структуры покрытия, примесного состава и других характеристик покрытия Таким образом, среди известных методов нанесения покрытий высокого качества методы

CVD и PECVD находятся вне конкуренции в большинстве случаев, когда необходимо: Наносить равномерные по толщине, высокоплотные покрытия на изделия сложной формы с развитой поверхностью, в том числе, на внутренние поверхности, протяженные и глухие полости, отверстия, трубы с отношением l/d>>1.

Получать покрытия из тугоплавких, труднообрабатываемых металлов, сплавов и соединений с плотностью близкой к теоретической и высокой чистоты, формировать из них самонесущие изделия различной геометрии.

Наносить покрытия на порошки и другие сыпучие материалы, пропитывать (уплотнять) пористые структуры.

Использование газофазных и плазмохимических методов в комплексе с другими методами нанесения покрытий и модифицирования поверхности (методов ионного легирования, имплантации, вакуум-плазменными, диффузионными, вакуум-термическими методами и др.) в еще большей мере расширяет возможности создания принципиально новых

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 SiO2 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.

Упланарній 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.

Увиробництві напівпровідникових ІМС важливу роль відіграють шари

К21. Загальна схема технологіїзбіркимікроелектроннихвиробів. Методиз’єднуванняелементів у твердомустані та з плавленням. Контроль герметичностівиробів.

Исходный материал

Очистка материала

Формирование элементов, деталей

Очистка элементов

Формирование структуры

Монтаж в корпусе

Откачкагерметизация

Обработка созданного изделия

Испытания, контроль

Маркировка

Выход

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,

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

внаш 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.

Вобластінизькотемпературногопаянняпоряд з макроз’єднаннями в габаритнихвиробахстрімкийнауково-технічнийпрогресобумовлюютьпаянімікроз’єднання

всучасніймікроелектроніці, 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.

Увеликому 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.

Упроцесу аргонно-дугового зварювання є властиві лише йому особливості. По-перше, процес об `єднує в собі електрозварювання і газозварювання. По-друге, специфіка зварюваного матеріалу.

Упроцесі 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 генераторосцилятор. 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.

Електронно-променеве зварювання:

1.катодна спіраль;

2.фокусуюча головка катода;

3.перший анод з отвором;

4.фокусуючи магнітна котушка для регулювання

діаметра плями нагрівання на виробі;

5.магнітна система відхилення променя;

6.зварюваний виріб;

7.високовольтне джерело постійного струму для живлення катода.

Електронний промінь можна подавати безперервно або імпульсами. Керування енергією променя виконують за допомогою переривника, який умикають у коло живлення керуючого електрода. Густину енергії променя регулюють зміною напруженості магнітного поля фокусуючої лінзи. Це дає можливість керувати температурою нагрівання матеріалу.

Теплова потужність електронного променя в тисячі разів більша за потужність звичайної зварюваної дуги. Це забезпечує високу швидкість зварювання, вузькі й глибокі шви, малу біля шовну зону, низькі деформації.

Електронно-променеве зварювання використовують в електронній та атомній промисловості, в літако - й ракетобудуванні. Виготовляють зварні шестерні, різальні інструменти, відповідальні будівельні конструкції (балки, колони), вузли парогенераторів і двигунів внутрішнього згорання. Цим способом зварюють тугоплавкі (тантал, ніобій, вольфрам, молібден) і легкоокиснювані (цирконій, берилій, титан, алюміній, магній) метали та їх сплави.