Основы технологии электронной компонентной базы
Покупка
Тематика:
Полупроводниковая электроника
Издательство:
Издательский Дом НИТУ «МИСиС»
Авторы:
Рабинович Олег Игоревич, Крутогин Дмитрий Григорьевич, Маренкин Сергей Федорович, Подгорная Светлана Владимировна
Год издания: 2015
Кол-во страниц: 59
Дополнительно
Вид издания:
Учебно-методическая литература
Уровень образования:
ВО - Магистратура
Артикул: 753418.01.99
Доступ онлайн
В корзину
В пособии излагаются теоретические основы технологических процессов роста полупроводниковых материалов и методы контроля в рамках курса «Основы технологии электронной компонентной базы». Пособие предназначено для студентов, обучающихся по направлению 11.04.04 - «Электроника и наноэлектроника» в качестве бакалавров, магистров и инженеров, и может быть полезно при выполнении лабораторных работ, подготовке магистерских диссертаций и дипломных работ.
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС» № 2594 Кафедра технологии материалов электроники О.И. Рабинович Д.Г. Крутогин С.Ф. Маренкин С.В. Подгорная Основы технологии электронной компонентной базы Учебно-методическое пособие Рекомендовано редакционно-издательским советом университета Москва 2015
УДК 621.318.1 О-75 Р е ц е н з е н т канд. техн. наук, доцент М.Н. Орлова Основы технологии электронной компонентной базы : учеб.- О-75 метод. пособие / О.И. Рабинович [и др.]. – М. : Изд. Дом МИСиС, 2015. – 59 с. В пособии излагаются теоретические основы технологических процессов роста полупроводниковых материалов и методы контроля в рамках курса «Основы технологии электронной компонентной базы». Пособие предназначено для студентов, обучающихся по направлению 11.04.04 – «Электроника и наноэлектроника» в качестве бакалавров, магистров и инженеров, и может быть полезно при выполнении лабораторных работ, подготовке магистерских диссертаций и дипломных работ. УДК 621.318.1 © Рабинович О.И., Крутогин Д.Г., Маренкин С.Ф., Подгорная С.В., 2015 © НИТУ «МИСиС», 2015
ОГЛАВЛЕНИЕ Предисловие..............................................................................................5 Глава 1. Измерение предельного вакуума и быстроты действия турбомолекулярного насоса ................................................................6 Глава 2. Измерение удельного сопротивления металлических и полупроводниковых слоев четырехзондовым методом ..............14 2.1. Теоретическое введение..............................................................14 2.1.1. Объемные монокристаллы...................................................14 2.1.2. Полупроводниковые пластины ...........................................16 2.1.3. Эпитаксиальные слои и слоистые структуры....................17 2.1.4. Погрешности четырехзондового метода............................19 2.2. Порядок выполнения работы......................................................22 2.3. Порядок выполнения работы......................................................23 2.4. Обработка результатов измерений.............................................24 Глава 3. Определение глубины залегания р-n-перехода методом сферического шлифа...........................................................26 3.1. Теоретическое введение..............................................................26 3.2. Порядок выполнения работы......................................................28 3.3. Обработка результатов................................................................28 Глава 4. Исследование оптических свойств тонкопленочных структур методами спектрофотометрии...........................................30 4.1. Теоретическое введение..............................................................30 4.1.1. Спектрофотометрия поглощения........................................30 4.1.2. Спектрофотометрия отраженного излучения ....................35 4.1.3. Спектрофотометрия излучения...........................................36 4.2. Порядок выполнения эксперимента ..........................................38 4.3. Указания по охране труда...........................................................40 4.4. Порядок проведения измерений.................................................40 4.4.1. Измерение коэффициента пропускания .............................40 4.4.2. Измерение спектра излучения полупроводниковой структуры ............................................................................................41 4.4.3. Измерение коэффициента отражения.................................41 4.5. Обработка результатов................................................................42 Глава 5. Исследование кинетики процесса ионного обмена..........43 5.1. Ионообменные процессы............................................................43 5.2. Емкость ионита............................................................................45 5.3. Кинетика процесса ионного обмена ..........................................47 5.3.1. Стадии процесса ионного обмена .......................................47
5.3.2. Общая скорость прогресса ионообмена. Лимитирующие стадии ..................................................................48 5.3.3. Пленочная кинетика.............................................................48 5.3.4. Гелевая кинетика ..................................................................49 5.3.5. Кинетика ионообмена в колоннах.......................................51 5.4. Конструкция установки, используемые материалы.................52 5.5. Порядок проведения работы и указания по технике безопасности .......................................................................................54 5.6. Обработка результатов эксперимента .......................................56 5.7. Требования к отчету....................................................................57
ПРЕДИСЛОВИЕ Современное технологическое оборудование электронной промышленности характеризуется комплексом сочетающихся функциональных и контрольных процессов и требует высокопрофессионального обслуживания и длительной предпусковой подготовки. По всем этим обстоятельствам изучение свойств полупроводников вписывается в учебный процесс. Разделы соответствуют программе курса «Основы технологии электронной компонентной базы» для направления подготовки 11.04.04 – «Электроника и наноэлектроника». Предусмотрен достаточно широкий выбор параметров технологических процессов (исходных веществ, легирующих примесей, рабочих концентраций, конструктивных параметров оборудования), допускающий индивидуализацию заданий по выполнению экспериментальных исследований важнейших свойств и характеристик полупроводниковых материалов.
Глава 1 ИЗМЕРЕНИЕ ПРЕДЕЛЬНОГО ВАКУУМА И БЫСТРОТЫ ДЕЙСТВИЯ ТУРБОМОЛЕКУЛЯРНОГО НАСОСА Цели работы: получение практических навыков работы с турбомолекулярным насосом, а также ознакомление с методикой измерения его основных характеристик. 1.1. Теоретическое введение Турбомолекулярные вакуумные насосы широко применяются для откачки газов в электротехнической, электронной, атомной, авиационной, химической и других отраслях промышленности. Турбомолекулярные насосы обладают следующими преимуществами перед другими высоковакуумными средствами откачки: – удаляют газ из сосуда, а не сорбируют его на рабочих органах, как крионасосы, электрофизические насосы различного типа и адсорбционные; – не загрязняют среду откачиваемого сосуда парами углеводородов или другими рабочими телами, как диффузионные насосы, насосы с распылением титана и др.; – имеют большую быстроту действия при откачке газов с малой молекулярной массой, обычно трудно удаляемых из высоковакуумных систем; – отличаются технологичностью конструкции при обеспечении большой быстроты действия. Отмеченные преимущества турбомолекулярных насосов определяют области их применения: – создание и поддержание остаточного давления в пределах 10–7…10–10 Па при откачке сосудов, загрязнение сред которых парами углеводородов и другими рабочими веществами недопустимо; – откачка неконденсирующихся газов (Н2, Не, Ne) в высоковакуумных системах; – в установках нанесения пленок металлов, масс-спектрометрии, в ускорителях элементарных частиц, а также в установках для имитации космических условий и т.д.
Турбомолекулярные насосы работают в области молекулярного потока, где геометрические размеры лопаток меньше длины свободного пути молекулы. Попадая на вход насоса, молекулы получают от быстродвижущейся рабочей лопатки импульс движения в требуемом направлении откачки. Следовательно, необходимо, чтобы круговая скорость лопаток ротора была одного порядка со средней молекулярной скоростью. Создавая соответствующую конфигурацию роторных и статорных лопаток, достигают такого состояния, когда вероятность прохождения молекул с высоковакуумной стороны к форвакуумной была значительно больше, чем в обратном направлении. Конструкция турбомолекулярного насоса представлена на рис. 1.1, 1.2. В корпусе насоса установлены неподвижные статорные диски. Вращающийся ротор представляет собой вал с расположенными на нем рабочими колесами, выполненными в виде дисков с косыми радиальными пазами либо в виде лопаточных колес (лопатки устанавливаются под определенным углом к торцевой поверхности втулки). Если рабочие колеса выполнены в виде дисков с прорезями, в статорных колесах такой же формы прорези выполняют зеркально по отношению к прорезям роторных колес. Если рабочие колеса имеют лопатки, то и статорные колеса изготавливают с лопатками, устанавливая их обычно под тем же углом, но в зеркальном отражении по отношению к углу установки лопаток рабочего колеса. Роторные колеса выполняются в виде дисков с прорезями. В статорных колесах имеются зеркально расположенные прорези такой же формы. В корпусе 2 установлены неподвижные статорные колеса 4, между которыми вращаются колеса 3, закрепленные на роторе 1 Откачная характеристика (зависимость быстроты действия от отношения входного и выходного давлений) турбомолекулярных насосов определяется прежде всего откачными характеристиками рабочих колес, главным образом двумя основными параметрами: максимальной быстротой откачки при отношении давлений, равном единице, и максимальным отношением давлений при быстроте откачки, равной нулю. Теоретические зависимости максимальной быстроты откачки рабочего колеса и создаваемого им максимального отношения давлений от геометрических характеристик межлопаточных каналов или пазов выводят на основании теоретических моделей перехода молекул газа через колесо с учетом законов взаимодействия их со стенками межлопаточных каналов.
Рис. 1.1. Схема турбомолекулярного насоса «Турбовак–360»: 1 – подшипник; 2 – канал охлаждения; 3 – электродвигатель; 4 – форвакуумный фланец; 5 – защитная сетка; 6 – высоковакуумный фланец; 7 – статор; 8 – ротор; 9 – пробка канала смазки; 10 – несущий вал Рис. 1.2. Конструкция турбомолекулярного насоса: а – вид фронтальный; б – вид сбоку Вероятность перехода молекул газа на противоположную сторону рабочего колеса выражает часть общего числа молекул газа, попавших 5 4 1 1 3 2 6 7 8 9 10
в торцевое сечение межлопаточных каналов и перешедших на его противоположную сторону, и зависит от геометрии канала, окружной скорости колеса, скорости теплового движения молекул, а также закона взаимодействия молекул со стенками межлопаточных каналов. Быстроту действия насоса при давлении ниже 0,1 Па измеряют методом двух манометров. Схема установки для испытаний турбомолекулярных насосов и агрегатов представлена на рис. 1.3. Рис. 1.3. Схема установки для испытаний турбомолекулярных насосов и агрегатов по методу двух манометров: 1 – испытуемый насос; 2 – измерительная камера; 3, 7, 11 – манометрические преобразователи; 4 – натекатель камеры; 5 – напускная трубка; 6 – напускная камера; 8 – диафрагма; 9 – нагреватель камеры; 10 – нагреватель насоса; 12 – форвакуумный насос; 13 – натекатель Метод двух манометров основан на измерении перепада давлений на элементе с известной проводимостью U и применяется для измерения стационарных или медленно изменяющихся во времени газовых потоков. Работу по методу двух манометров (см. рис. 1.3) проводят в следующем порядке. Откачивают измерительную камеру 2 до предельного остаточного давления. Закрывают натекатель камеры 4 и снимают заглушку с его входного отверстия. С помощью натекателя в нижней части камеры (под диафрагмой 8) устанавливают по нижним манометрам давление рт. Одновременно измеряют по верхним манометрам давление рвх в верхней части камеры 6. Проводят не 4 2 3 1 13 12 11 10 9 8 7 6 5
менее трех измерений для различных значений рвх. Быстроту действия насоса S, л/с, вычисляют по уравнению 1 , и d вх P S U P = − (1.1) где Ud – проводимость диафрагмы, л/с. Проводимость диафрагмы 8 выбирают в зависимости от ожидаемой быстроты действия испытуемого насоса. Рекомендуется принимать Ud = 1/10 быстроты действия насоса. Диаметр диафрагмы d, мм, определяют по формуле 2 4 2 0,187 , d u U M d K T = ⋅ (1.2) где Кк – коэффициент Клаузинга; М – молярная масса газа, кг/моль; Т – абсолютная температура, К. Рекомендуемая толщина диафрагмы 30,5 мм. Предел допускаемых погрешностей при измерении потоков газа приведен в табл. 1.1. Таблица 1.1 Поток газа, Па·м3/с Погрешность, % Более 1 1…10–4 Менее 10–4 ±3 ±5 ±20 Во время работы, в дополнение к данной теоретической базе, определение быстроты действия турбомолекулярного насоса проводится по методу постоянного давления. Схема установки приведена на рис. 1.4. В предварительно откачанной до предельного давления камере 3 с помощью натекателя 6 устанавливают давление pi. Вентиль 7, соединяющий бюретку 8 с атмосферой, закрыт. Стационарный поток воздуха Q (одинаковый в камере и в бюретке) измеряется с помощью бюретки по поднятию в ней вакуумного масла. Поток Qi и давление в камере pi зависят от степени открытия натекателя и быстроты откачки Sh.
Рис. 1.4. Схема измерительной установки: 1 – форвакуумный насос; 2 – турбомолекулярный насос; 3 – измерительная камера; 4, 5 – манометрические преобразователи; 6 – натекатель; 7 – вентиль; 8 – бюретка Газ, поступающий из бюретки в камеру, находится под давлением ρ , изм ат м м p p g h = − Δ (1.3) где ризм – давление воздуха в бюретке, Па; рат – атмосферное давление, Па; ρмgh – гидростатическое давление столба масла, мм рт. ст.; Δhм – высота столба масла, м; g – ускорение силы тяжести, м/с; р – плотность масла, р = 0,8 г/см3. Если выполняется условие, что рат >> ρмgh, то можно считать, что pизм ≈ const и требование постоянства давления выполняется. Тогда газовый поток определяется по уравнению , изм б изм V h Q p K p t t Δ Δ = = Δ Δ (1.4) где Δh и ΔV –уровень жидкости и объем измерительного цилиндра бюретки за время Δt; Kб – постоянная бюретки; Kб = πR2 изм; Rизм – радиус измерительного объема, мм. Быстрота действия насоса определяется по уравнению , i i i Q S p = (1.5) 1 2 3 6 5 4 4 7 8
где pi – давление в камере, Па, измеренное манометрическими преобразователями 4 или 5 (см. рис. 1.4), равное входному давлению насоса. 1.2. Порядок выполнения работы Для подготовки системы напуска газа и вакуумной камеры необходимо: 1. Включить измерительную установку (см. рис. 1.3) согласно инструкции по эксплуатации и откачать измерительную камеру 3 при закрытом натекателе 6 до установления в ней равновесного давления. Равновесным давлением считается давление, которое в течение 3 ч изменяется не более чем на 10 %. 2. Подключить баллон с пробным газом (Аг, Не или СО2) к вентилю 7 через редуктор и открыть вентиль 7. 3. Отрегулировать редукционным винтом поток газа так, чтобы на выходе из бюретки наблюдался поток пузырьков пробного газа. 4. Продуть бюретку пробным газом в течение 5 мин. Закрыть вентиль 7 и приступить к измерениям. 5. В случае воздуха (баллон от вентиля 7 отключен) медленно откачать бюретку через натекатель 6 при закрытом вентиле 7 до максимального подъема масла в бюретке и затем открыть вентиль 7 до полного опускания масла. Натекатель 6 и затем вентиль 7 закрыть и откачать камеру 3. 6. Откачать установку до предельного остаточного давления. 1.3. Проведение измерений Пробный газ – воздух. Измерения проводятся методом постоянного давления в диапазоне работы манометрических датчиков. Для проведения измерений необходимо: 1. Включить измерительную установку согласно инструкции по эксплуатации и откачать измерительную камеру 3 до предельного остаточного давления. 2. При открытом вентиле 7 установить в измерительной камере с помощью натекателя 6 требуемое давление начиная с минимального. 3. Перекрыть вентиль 7 и начать отсчет по секундомеру времени и по шкале бюретки уровня масла t1 – начало (отметка х1 на шкале бюретки) и t2 – (отметка х2) конец подъема масляного столба; x1 – х2 = ∆h –
Доступ онлайн
В корзину