2 Термодинамика
2.1 Основные понятия и определения термодинамики.
В технологии изготовления ЭУ используется больше количество процессов описываемых с помощью термодинамических, кинетических, статических законов.
Статика – качественный учет массовых явлений. К таким явлениям относят: физическое и физико-химическое осаждение слоев, удаление слоев, создание контактов электрических, механических и других. Большинство технологий построено на процессах, связанных с высокими концентрациями энергий в обрабатываемых материалах, особенно в их приповерхностных слоях, где доминируют рабочие элементы ЭУ. Это приводит к возникновению неравновесных состояний, т.е. возникновению локальных напряжений в слоях. Т.к. элементы ЭУ выполняются не из сплошных слоев, а в отдельных участках приповерхностных областей, либо в пленках, имеющих рисунок:
1- высокоомный материал, 2- металл, 3- оксид кремния SiO2.
Рис. 2.1. Элемент ЭУ
Электро-физические свойства твердых тел реализуемых в ЭУ зависят от этих состояний, определяемых типом и концентрацией дефектов и напряжений в твердых телах. Следовательно, электрические параметры элементов ЭУ и выход годных изделий ( - выход годных изделий, Nгодн, Nобщ) зависят не только характера сил связи между атомами в слоях твердого тела, но и статического распределения возможных дефектов в нем (остаточное напряжение в структурах приводит к деформациям, отслоениям, трещинам и т.д.).
=Nгодн/Nобщ (2.1)
Равновесное состояние термодинамической системы в технологии ЭУ более выгодное состояние, т.к. проще
Управляется;
Прогнозируется;
Контролируется.
Термодинамика (ТД), как один из разделов ТФ, изучает законы взаимных превращений энергии в равновесных процессах и направление самопроизвольных процессов в системе взаимодействующих тел. ТД не занимается детализацией сложных энергетических превращений на атомарном уровне. Совокупность всех видов энергии системы рассматривается, как единая внутренняя энергия. Классическая ТД не применима к отдельным атомам и молекулам. В ней анализируются большие комбинации атомов и молекул, составляющих систему. (Т.е. ТД применима к макросистемам). Другой особенностью ТД является то, что процессы в макросистемах не зависят от пространства и времени. Т.к. она изучает процесс на основе представления о макроскопических состояниях системы, т.е. применима к конкретным ее частям, с учетом конкретных явлений. Поэтому ТД, как метод исследований, может использоваться в различных областях, для изучения взаимных связей между явлениями для обобщения экспериментального материала. Во многом ТД базируется на экспериментальных данных, впоследствии обобщенных.
2.2 Понятие о тд системах.
В общем случае, система – это мысленно выделенная из среды совокупность материальных объектов, взаимодействующих между собой и окружающей средой. ТД система – это система, в которой происходит обмены вещества и энергии в пределах составляющих ее объектов. Система имеет определенные границы отделяющие ее от окружающей среды. Совокупность отдельных однородных (гомогенных) частей системы, обладающих одинаковыми свойствами, можно считать одной фазой.
Системы называются гомогенными, если все их параметры одинаковы во всех частях или непрерывно меняются от точки к точке. Системы называются гетерогенными, если они состоят из частей разделенных видимыми поверхностями раздела, причем свойства на границах раздела изменяются резко.
ТД состояние системы определяется ее свойствами, выраженными через ТД параметры состояния системы. Параметрами состояния системы в общем случае являются: температура, давление, объем т.д. Соотношения, связывающие между собой это параметры, называются уравнениями состояния системы, простейшими в общем виде можно описать так:
F(T,p,c,Ce,V)=0 (2.2)
где T- температура, c- концентрация, V- объем, p- давление, Ce- концентрация электронов.
Равновесными ТД системами называются системы, в которых параметры состояний не изменяются самопроизвольно во времени; а системы, находящиеся в поле внешних си, закономерно изменяются от точки к точке в направлении действия сил. ТД системы или фазы являются неравновесными, если их параметры изменяются во времени. Такие состояния анализируются в ТД неравновесных или необратимых процессов. Основные уравнения классической ТД можно вывести, пользуясь методами статической физики, область применения которой шире классической ТД. Состояние системы можно описать, не анализируя движения каждой частицы, а измеряя, например, ее температуру, давление объем. Эти величины будут указывать на среднее значение энергии каждого атома. Основные соотношения между параметрами ТД системы описываются законами ТД.