Книжная полка Сохранить
Размер шрифта:
А
А
А
|  Шрифт:
Arial
Times
|  Интервал:
Стандартный
Средний
Большой
|  Цвет сайта:
Ц
Ц
Ц
Ц
Ц

Основы технологии электронной компонентной базы

Покупка
Артикул: 753418.01.99
Доступ онлайн
2 000 ₽
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.
Основы технологии электронной компонентной базы : учебно-методическое пособие / О. И. Рабинович, Д. Г. Крутогин, С. Ф. Маренкин, С. В. Подгорная. - Москва : Изд. Дом МИСиС, 2015. - 59 с. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/1239486 (дата обращения: 28.03.2024). – Режим доступа: по подписке.
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
2 000 ₽
В корзину