Fizičke osnove mikroelektronike. Fizičke osnove mikroelektronike, zapisi predavanja Projekti i parametri generatora na bazi Gunn dioda

Politehnički institut Sarapul (filijala)

Državna obrazovna ustanova

visoko stručno obrazovanje

"Iževski državni tehnički univerzitet"

Odeljenje Kipra

Rad na kursu

Disciplina: Fizičke osnove mikroelektronike.

Na temu: Dislokacije. Burgers vector. Utjecaj dislokacije na svojstva

građevinski materijali.

Urađeno: Provjereno:

student gr. 471 nastavnik

Volkov A.V. Ivannikov V.P.

Sarapul, 2010

Uvod................................................................ ........................ 1

Vrste dislokacija.................................................................. ......... ... ..2

Contour and Burgers vektor......................................2-3

Pokret dislokacije ................................................................ ... ...3-4

Gustina dislokacije ................................................................ ...4

Sila koja djeluje na dislokaciju.................................4-5

Energija dislokacije ................................................................ ... ..5

Reprodukcija i akumulacija dislokacija.................................5-6

Frankove dislokacije i greške slaganja................6

Dislokacije i fizička svojstva kristala.....7

Ovisnost jačine od prisustva dislokacije...7-8

Rast kristala ................................................................ ..........8

Dislokacije i električna provodljivost.................................8-9

Zaključak................................................................ ...................10

Spisak referenci.................................................. 11

Uvod

Teorija dislokacije pojavila se 50-ih godina. prošlog stoljeća zbog činjenice da su se teorijski proračuni čvrstoće materijala značajno razlikovali od praktičnih.

Teorijsku čvrstoću na smicanje kristala prvi je izračunao Frenkel, na osnovu jednostavnog modela dva reda atoma pomjerenih posmičnim naprezanjem. Međuplanarna udaljenost (razmak između redova) je jednaka A , a udaljenost između atoma u smjeru klizanja je jednaka b . Pod posmičnim naprezanjem τ ovi redovi atoma se pomeraju jedan u odnosu na drugi, završavajući u ravnotežnim položajima u tačkama kao što su A , IN I WITH , D , gdje je napon na smicanje potreban za datu konfiguraciju smicanja nula. U srednjim položajima, posmično naprezanje ima konačne vrijednosti, koje se periodično mijenjaju u volumenu rešetke. Pretpostavimo napon smicanja τ bit će funkcija ofseta X sa tačkom b :

(1.1)

Za male pomake:

(1.2)

Koristeći Hookeov zakon:

, (1.3)

gdje je G modul smicanja, i – posmična deformacija, naći koeficijent proporcionalnosti To :

(1.4)

Zamjena ove vrijednosti To u (1.1) dobijamo:

(1.5)

Maksimalna vrijednost τ , što odgovara naponu pri kojem rešetka prelazi u nestabilno stanje:

Može se prihvatiti a ≈ b , zatim posmično naprezanje

Ovako izračunata teorijska posmična naprezanja različitih materijala pokazala su se znatno veća u odnosu na praktične vrijednosti. Dakle za bakar

teorijsku vrijednost

= 760 kgf/mm, a praktična vrijednost za prave kristale = 100 kgf/mm.

Zbog velikog neslaganja između teorijskih i praktičnih rezultata, pretpostavljeno je prisustvo mikroskopskih linearnih defekata i dislokacija u kristalu.

Dislokacije su diskontinuiteti u kontinuitetu pomaka između dva dijela kristala, od kojih se jedan pomiče, a drugi ne. Dakle, deformacija je predstavljena uzastopnim prolaskom dislokacija duž ravni klizanja, a ne istovremenim smicanjem kroz kristal.

Vrste dislokacija.

Postoje dvije glavne vrste dislokacija: rubne i vijčane.

1. Rubne dislokacije.

Model dislokacije ruba može se predstaviti rezanjem praznine u komadu elastično čvrstog tijela A B C D , završava duž linije AB unutar ovog komada (sl. 1). Materijal sa jedne strane se pomera, stvarajući stepenicu CDEF . Linija A B , koji odgovara kraju jaza, je granica između deformisanog i nedeformisanog materijala, određuje tačke u kojima linija dislokacije izlazi iz površine tela.

Sl.1 Sl.2

Slika 2 prikazuje vizualni model dislokacije ruba u jednostavnoj kubičnoj rešetki. Dislokacija ruba je uzrokovana prisustvom dodatne poluravnine A, okomite na ravninu klizanja B (slika 2).

Dodatna poluravnina može biti iznad ravni klizanja (kao na slici 2), tada se dislokacija naziva pozitivnom ako je poluravnina ispod, ona je negativna.

2. Dislokacije vijaka:

Model vijčane dislokacije je sličan ivičnoj dislokaciji, ali je pravac vijčane dislokacije paralelan sa linijom AB, formira se korak ADEF (slika 3).

Slika 3 Model vijčane dislokacije.

Kontura i vektor burgera:

Da bi se opisali dislokacije u kristalima, uvodi se koncept Burgersove konture i vektora. Kontura nacrtana u savršenoj rešetki je zatvoreni pravougaonik u kojem posljednji od nacrtanih vektora dolazi do početne točke na slici 4. Kontura koja okružuje dislokaciju ima diskontinuitet, a vektor koji se mora nacrtati da bi se kontura zatvorila naziva se Burgersov vektor, a nacrtana kontura naziva se Burgersova kontura. Burgersov vektor određuje veličinu i smjer rupture obično je jednak jednoj međuatomskoj udaljenosti i konstantan je duž cijele dužine dislokacije, bez obzira na to da li se mijenja njegov smjer ili lokacija. U savršenom kristalu, Burgers vektor je nula. U kristalu sa ivičnom dislokacijom, ona je paralelna sa smerom klizanja i odgovara vektoru klizanja na slici 5. U kristalu sa pužnom dislokacijom, ona je okomita na ravan klizanja Sl. 6

Sl.4 Sl.5 Sl.6

U kristalu su također moguće dislokacije koje leže u potpunosti unutar kristala, a ne protežu se do njegove površine, kao u onima o kojima je gore raspravljano. Dislokacije unutar kristala mogu se prekinuti na drugim dislokacijama, na granicama zrna i drugim sučeljima. Stoga su unutar kristala moguće dislokacijske petlje ili međusobno povezane mreže dislokacija. Takva dislokacija se može odvojiti od nedeformisanog područja dislokacijskom linijom u obliku prstena ili petlje, posebno se može dobiti utiskivanjem tijela u kristal. Slika 7 prikazuje formiranje prizmatične dislokacije uvlačenjem preko površine ABCD.

U ovom slučaju formiraju se rubna i vijčana dislokacija, Burgersov vektor, koji je vektorski zbir komponenti dislokacije: (1.6)

U tački u kojoj se tri dislokacije spajaju, njihovi vektori na slici 7 Burgersa povezani su relacijom:

(1.7)

Pokret dislokacije.

Važno svojstvo dislokacija je njihova sposobnost kretanja pod utjecajem mehaničkog naprezanja. Neka se elementarni segment dl mješovite dislokacije sa Burgersovim vektorom b kreće u smjeru dz. Volumen izgrađen na ova tri vektora:

dV = (dz×dl) b, (1.8)

je ekvivalentna zapremini materijala koji se kreće u kristalu kada se dislokacija kreće. Ako je V=0, kretanje dislokacije nije praćeno prijenosom mase ili promjenom volumena kristala. Ovo je konzervativni pokret ili klizanje. Za rubne i mješovite dislokacije za koje Burgersov vektor b nije paralelan dislokacijskoj liniji dl, dolazi do klizanja u ravni definiranoj vektorima b i dl: izraz (1.8) jednak je nuli ako dz leži u istoj ravni kao i vektori b i dl. Očigledno, ravan klizanja ivice ili mješovite dislokacije je ravan u kojoj leže dislokacija i njen Burgersov vektor. Rubna dislokacija je izuzetno pokretna u vlastitoj ravni klizanja. Kretanje rubne dislokacije može se predstaviti kao uzastopno postupno kretanje atoma duž cijele dužine dislokacijske linije, praćeno preraspodjelom veza između ovih atoma. Nakon svakog takvog događaja, dislokacija se pomiče za jednu međuatomsku udaljenost. U ovom slučaju, napon koji uzrokuje pomicanje dislokacija je znatno manji od posmičnog naprezanja materijala. Kao rezultat takvog kretanja, dislokacija može doći do površine kristala i nestati. Tako će se područja kristala odvojena ravninom klizanja, nakon oslobađanja dislokacije, pomjeriti za jednu međuatomsku udaljenost (slika 8).

Ministarstvo obrazovanja Ruske Federacije

Oryol State Technical University

Odsjek za fiziku

SAŽETAK

na temu: “Gunnov efekat i njegova upotreba u diodama koje rade u generatorskom režimu.”

Disciplina: “Fizičke osnove mikroelektronike”

Završio učenik grupe 3–4 Senatori D.G.

Supervizor:

Orao. 2000

Gunnov efekat i njegova upotreba u diodama koje rade u generatorskom režimu.

Za pojačavanje i generiranje mikrovalnih oscilacija može se koristiti anomalna ovisnost brzine elektrona o jakosti električnog polja u nekim poluvodičkim spojevima, prvenstveno u galij arsenidu. U ovom slučaju glavnu ulogu imaju procesi koji se odvijaju u masi poluvodiča, a ne u str - n-tranzicija. Generisanje mikrotalasnih oscilacija u homogenim uzorcima GaAs n-tip pri konstantnoj jakosti električnog polja iznad granične vrijednosti prvi je uočio J. Gunn 1963. (zbog toga se takvi uređaji nazivaju Gunn diode). U ruskoj književnosti nazivaju se i uređaji sa volumetrijskom nestabilnošću ili sa intervalni transfer elektrona, budući da su aktivna svojstva dioda određena prijelazom elektrona iz “centralne” energetske doline u “bočnu”, gdje ih karakterizira velika efektivna masa i mala pokretljivost. U stranoj literaturi prezime odgovara terminu TED ( Preneseni elektronski uređaj).

U slabom polju pokretljivost elektrona je velika i iznosi 6000–8500 cm 2 /(Vs). Kada je jačina polja veća od 3,5 kV/cm, usled prelaska nekih elektrona u „bočnu“ dolinu, prosečna brzina drifta elektrona opada sa povećanjem polja. Najveća vrijednost diferencijalnog modula pokretljivosti u padajućem dijelu je otprilike tri puta niža od pokretljivosti u slabim poljima. Pri jačini polja iznad 15–20 kV/cm, prosječna brzina elektrona je gotovo nezavisna od polja i iznosi oko 10 7 cm/s, pa je omjer , a karakteristika polja brzine može se približno aproksimirati kao što je prikazano na slici 1. Vrijeme za uspostavljanje negativne diferencijalne provodljivosti (NDC) je zbir vremena zagrijavanja elektronskog plina u "centralnoj" dolini (~10-12 s za GaAs), određeno vremenskom konstantom relaksacije energije i vremenom prijelaza u intervalima ( ~5–10–14 s).

Očekivalo bi se da bi prisustvo padajućeg preseka karakteristike u NDC oblasti sa ravnomernom raspodelom električnog polja duž jednolično dopiranog GaAs uzorka dovelo do pojave padajućeg preseka u strujno-naponskoj karakteristici diode, budući da je vrijednost struje konvekcije kroz diodu definirana kao , gdje je ; -površina poprečnog presjeka; – dužina uzorka između kontakata. U ovom dijelu, dioda bi imala negativnu aktivnu provodljivost i mogla bi se koristiti za generiranje i pojačavanje oscilacija sličnih tunelskoj diodi. Međutim, u praksi je implementacija takvog režima u uzorku poluvodičkog materijala sa NDC otežana zbog nestabilnosti polja i prostornog naboja. Kao što je pokazano u § 8.1, fluktuacija prostornog naboja u ovom slučaju dovodi do povećanja prostornog naboja u skladu sa zakonom

gdje je konstanta dielektrične relaksacije; –koncentracija elektrona u originalu n-GaAs. U homogenom uzorku na koji se primjenjuje konstantan napon , lokalno povećanje koncentracije elektrona dovodi do pojave negativno nabijenog sloja (slika 2), koji se kreće duž uzorka od katode do anode.

Fig.1. Približna zavisnost brzine drifta elektrona o jačini električnog polja za GaAs.

Fig.2. Objasniti proces formiranja akumulacionog sloja u jednolično dopiranom GaAs.

Pod katodom podrazumijevamo kontakt s uzorkom na koji se primjenjuje negativan potencijal. Unutrašnja električna polja koja nastaju u ovom slučaju su superponirana na konstantno polje, povećavajući jačinu polja desno od sloja i smanjujući je lijevo (slika 2, a). Brzina elektrona desno od sloja opada, a lijevo raste. To dovodi do daljeg rasta pokretnog akumulacionog sloja i do odgovarajuće preraspodjele polja u uzorku (slika 2, b). Tipično, sloj prostornog naboja nukleira na katodi, jer u blizini omskog kontakta katode postoji područje s povećanom koncentracijom elektrona i niskom jakošću električnog polja. Fluktuacije koje se javljaju u blizini anodnog kontakta zbog kretanja elektrona prema anodi nemaju vremena da se razviju.

Međutim, takva distribucija električnog polja je nestabilna i, ukoliko u uzorku postoji nehomogenost u vidu skokova koncentracije, pokretljivosti ili temperature, može se transformisati u tzv. domen jakog polja. Jačina električnog polja povezana je s koncentracijom elektrona Poissonovom jednačinom, koja za jednodimenzionalni slučaj ima oblik

(1)

Povećanje električnog polja u dijelu uzorka će biti popraćeno pojavom na granicama ovog područja prostornog naboja, negativnog na strani katode i pozitivnog na strani anode (slika 3, a). U ovom slučaju, brzina elektrona unutar područja opada u skladu sa sl. 1. Elektroni sa katodne strane će sustići elektrone unutar ovog područja, zbog čega se negativni naboj povećava i formira se sloj bogat elektronima. Elektroni sa anodne strane će se kretati naprijed, zbog čega se povećava pozitivan naboj i formira se osiromašeni sloj u kojem. To dovodi do daljeg povećanja polja u području fluktuacije kako se naboj kreće prema anodi i do povećanja opsega dipolnog područja prostornog naboja. Ako se napon primijenjen na diodu održava konstantnim, kako raste domen dipola, polje izvan njega će se smanjivati (slika 3, b). Povećanje polja u domeni će prestati kada njegova brzina postane jednaka brzini elektrona izvan domene. Očigledno je da . Jačina električnog polja izvan domena (slika 3, c) bit će ispod granične jakosti, što onemogućuje intervalni prijelaz elektrona van domene i formiranje drugog domena do nestanka onog prethodno formiranog na anoda. Nakon formiranja stabilne domene visokog polja, struja kroz diodu ostaje konstantna tokom njenog kretanja od katode do anode.

Fig.3. Objasniti proces formiranja dipolnog domena.

Nakon što domen nestane na anodi, jačina polja u uzorku raste, a kada dostigne vrijednost , počinje formiranje novog domena. U tom slučaju struja dostiže maksimalnu vrijednost jednaku (slika 4, c)

(2)

Ovaj način rada Gunn diode naziva se leteci mod. U tranzitnom modu, struja kroz diodu se sastoji od impulsa koji slijede s periodom . Dioda stvara mikrotalasne oscilacije sa frekvencijom leta , određena uglavnom dužinom uzorka i slabo ovisna o opterećenju (upravo te oscilacije Gunn je uočio proučavajući uzorke iz GaAs i InP).

Elektronske procese u Gunn diodi treba uzeti u obzir uzimajući u obzir Poissonove jednadžbe, kontinuitet i ukupnu gustoću struje, koje za jednodimenzionalni slučaj imaju sljedeći oblik:

; (3)

. (4)

Fig.4. Ekvivalentno kolo generatora Gunn diode (a) i vremenske ovisnosti napona (b) i struje kroz Gunn diodu u tranzitnom modu (c) iu režimima sa kašnjenjem (d) i prigušenjem u domeni (e).

Trenutni napon na diodi. Ukupna struja ne ovisi o koordinatama i funkcija je vremena. Često se smatra da je koeficijent difuzije nezavisan od električnog polja.

Ovisno o parametrima diode (stepen i profil dopiranja materijala, dužina i površina poprečnog presjeka uzorka i njegova temperatura), kao i od napona napajanja i svojstava opterećenja, Gunn dioda, kao mikrotalasni generator i pojačalo, može raditi u različitim režimima: domenski, ograničavajući prostorni naboj akumulacije (ONZ, u stranoj literaturi LSA – Limited Space Charge Accumulation), hibridni, putujući talasi prostornog naboja, negativna provodljivost.

Načini rada domena.

Domenski režimi rada Gunn diode karakteriše prisustvo formiranog dipolnog domena u uzorku tokom značajnog dela perioda oscilovanja. Karakteristike stacionarnog dipolnog domena su detaljno razmotrene u [?], gdje je pokazano da iz (1), (3) i (4) slijedi da su brzina domene i maksimalna jačina polja u njoj povezani pravilo jednake površine

. (5)

U skladu sa (5), površine zasenčene na slici 5, a i ograničene linijama su iste. Kao što se može vidjeti sa slike, maksimalna jačina polja u domenu značajno premašuje polje izvan domene i može doseći desetine kV/cm.

Sl.5. Odrediti parametre dipolne domene.

Slika 5, b prikazuje zavisnost napona u domenu na jačini električnog polja izvan njega, gde je dužina domena (slika 3, c). Tamo je izgrađena „instrumentalna linija“ diode dužine pri datom naponu, uzimajući u obzir činjenicu da je ukupan napon na diodi . Tačka raskrsnice A određuje napon domene i jačinu polja izvan njega. Treba imati na umu da se domen javlja pri konstantnom naponu , međutim, može postojati i kada se tokom kretanja domena prema anodi napon na diodi smanji na vrijednost (isprekidana linija na sl. 5, b). Ako se napon na diodi dodatno smanji tako da postane manji od napona gašenja domene, rezultirajuća domena će se riješiti. Napon prigušenja odgovara trenutku kada „prava linija instrumenta“ dodirne liniju na slici 5, b.

Dakle, napon nestajanja domena ispada manji od napona praga formiranja domena. Kao što se vidi sa slike 5, zbog oštre zavisnosti viška napona na domenu o jačini polja izvan domene, polje van domene i brzina domena se malo menjaju kada se promeni napon na diodi. Višak napona se apsorbuje uglavnom u domenu. Već u brzina domene je samo malo drugačija od brzine zasićenja i može se približno smatrati , pa se, stoga, frekvencija leta, kao karakteristika diode, obično određuje izrazom:

(6)

Dužina domene zavisi od koncentracije donorske nečistoće, kao i od napona na diodi i iznosi 5-10 μm. Smanjenje koncentracije nečistoće dovodi do širenja domene zbog povećanja osiromašenog sloja. Formiranje domene događa se u konačnom vremenu i povezano je sa uspostavljanjem negativne diferencijalne provodljivosti i povećanjem prostornog naboja. Vremenska konstanta porasta prostornog naboja u modu male perturbacije jednaka je konstanti dielektrične relaksacije i određena je negativnom diferencijalnom pokretljivošću i koncentracijom elektrona. Na maksimalnoj vrijednosti, dok je vrijeme uspostavljanja ODP-a kraće. Dakle, vrijeme formiranja domena je u velikoj mjeri određeno procesom preraspodjele prostornog naboja. Zavisi od početne nehomogenosti polja, nivoa dopinga i primijenjenog napona.

Fig6. Gunn dioda.

Približno se vjeruje da će Domena imati vremena da se u potpunosti formira u sljedećem vremenu:

gdje je izraženo u . O modovima domena ima smisla govoriti samo ako domen ima vremena da se formira tokom leta elektrona u uzorku. Dakle, uslov za postojanje dipolnog domena je ili .

Umnožak koncentracije elektrona i dužine uzorka naziva se kritičan i označiti . Ova vrijednost je granica između modova domena Gunn diode i modova sa stabilnom distribucijom električnog polja u jednolično dopiranom uzorku. Kada se ne formira domen jakog polja, uzorak se poziva stabilan. Mogući su različiti načini rada domena. Kriterijum tipa važi, strogo govoreći, samo za strukture u kojima je dužina aktivnog sloja između katode i anode mnogo manja od poprečnih dimenzija: (slika 6, a), što odgovara jednodimenzionalnom problemu i tipičan je za planarne i mezastrukture. Tankofilne strukture (slika 6, b) imaju epitaksijalni aktivni sloj GaAs 1 dužina se može locirati između podloge visoke otpornosti 3 i izolacijski dielektrični film 2 napravljene, na primjer, od SiO 2. Ohmski anodni i katodni kontakti se proizvode fotolitografskim metodama. Poprečna veličina diode može biti uporediva s njenom dužinom. U ovom slučaju, prostorni naboji koji nastaju tokom formiranja domene stvaraju unutrašnja električna polja koja imaju ne samo uzdužnu, već i poprečnu komponentu (slika 6, c). To dovodi do smanjenja polja u odnosu na jednodimenzionalni problem. Kada je debljina aktivnog filma mala, kada je , kriterij odsustva nestabilnosti domene zamjenjuje se uvjetom . Za takve strukture, sa stabilnom distribucijom električnog polja, ona može biti veća.

Vrijeme formiranja domena ne bi trebalo da prelazi pola ciklusa mikrovalnih oscilacija. Dakle, postoji drugi uslov za postojanje pokretnog domena, iz kojeg, uzimajući u obzir (1), dobijamo .

U zavisnosti od odnosa vremena leta i perioda mikrotalasnih oscilacija, kao i od vrednosti konstantnog napona i amplitude visokofrekventnog napona, mogu se realizovati sledeći režimi u domenu: let- let, režim sa kašnjenjem domena, režim sa supresijom (gašenjem) domena. Razmotrimo procese koji se odvijaju u ovim režimima za slučaj Gunn diode koja radi na opterećenju u obliku paralelnog oscilirajućeg kruga s aktivnim otporom na rezonantnoj frekvenciji i diodom koju napaja generator napona s malim unutarnjim otporom (vidi Slika 4a). U ovom slučaju, napon na diodi se mijenja prema sinusoidnom zakonu. Generacija je moguća na .

Pri malom otporu opterećenja, kada , gdje – otpor Gunn diode u slabim poljima, amplituda visokofrekventnog napona je mala i trenutni napon na diodi prelazi graničnu vrijednost (vidi sliku 4b, krivulja 1). Ovdje se odvija prethodno razmatrani tranzitni način, kada nakon formiranja domene struja kroz diodu ostaje konstantna i jednaka (vidi sliku 9.39, c). Kada domen nestane, struja se povećava na . Za GaAs. Frekvencija oscilacija u režimu leta jednaka je . Pošto je odnos mali, efikasnost Broj Gunn diodnih generatora koji rade u tranzitnom načinu rada je mali i ovaj način rada obično nema praktičnu primjenu.

Kada dioda radi na kolu sa velikim otporom, kada , amplituda naizmjeničnog napona može biti prilično velika, tako da tokom nekog dijela perioda trenutni napon na diodi postane manji od praga (odgovara krivulji 2 na sl. 4b). U ovom slučaju govore o način sa kašnjenjem u formiranju domena. Domen se formira kada napon na diodi pređe prag, tj. u trenutku (vidi sliku 4, d). Nakon formiranja domene, struja diode opada i ostaje takva tokom vremena leta domene. Kada domena nestane na anodi u nekom trenutku, napon na diodi je manji od praga i dioda predstavlja aktivni otpor. Promjena struje je proporcionalna naponu na diodi do trenutka kada struja dostigne svoju maksimalnu vrijednost i napon na diodi bude jednak pragu. Počinje formiranje nove domene i cijeli proces se ponavlja. Trajanje strujnog impulsa je jednako vremenu kašnjenja formiranja novog domena. Vrijeme formiranja domene smatra se malim u poređenju sa i . Očigledno, takav način rada je moguć ako je vrijeme leta unutar granica i frekvencija generiranih oscilacija je .

Sa još većom amplitudom visokofrekventnog napona koji odgovara krivulji 3 na slici 4b, minimalni napon na diodi može biti manji od napona gašenja diode. način rada sa supresijom domena(vidi sliku 4, d). Domen se formira u trenutku i rastvara se u trenutku kada se novi domen počinje formirati nakon što napon premaši vrijednost praga. Pošto nestanak domena nije povezan sa njegovim dolaskom do anode, vreme leta elektrona između katode i anode u režimu gašenja domena može premašiti period oscilovanja: . Dakle, u režimu prigušenja. Gornja granica generiranih frekvencija ograničena je uvjetom i može biti .

Elektronska efikasnost generatori bazirani na Gunn diodama koje rade u domenskim modovima mogu se odrediti proširenjem funkcije struje u Fourierov red (vidi sliku 4) kako bi se pronašla amplituda prvog harmonika i komponente jednosmjerne struje. Vrijednost efikasnosti zavisi od odnosa , , , i na optimalnoj vrednosti ne prelazi 6% za GaAs diode u režimu odlaganja domena. Elektronska efikasnost u režimu gašenja domena je manji nego u režimu odlaganja domena.

ONOZ način rada.

Nešto kasnije, predloženi su i implementirani režimi domena za Gunn diode način ograničavanja akumulacije prostornog naboja. Postoji pri konstantnim naponima na diodi, nekoliko puta većim od granične vrijednosti, i velikim amplitudama napona na frekvencijama nekoliko puta većim od frekvencije leta. Za implementaciju ONOS moda, potrebne su diode s vrlo ujednačenim profilom dopinga. Ujednačena raspodjela električnog polja i koncentracije elektrona duž dužine uzorka je osigurana velikom brzinom promjene napona na diodi. Ako je vremenski period tokom kojeg intenzitet električnog polja prolazi kroz područje NDC karakteristike mnogo manji od vremena formiranja domena, tada nema primjetne preraspodjele polja i prostornog naboja po dužini diode. Brzina elektrona u uzorku „prati“ promenu električnog polja, a struja kroz diodu je određena zavisnošću brzine od polja (slika 7).

Dakle, u ONOS načinu rada, negativna vodljivost diode se koristi za pretvaranje energije izvora energije u energiju mikrovalnih oscilacija. U ovom režimu, tokom dela perioda oscilovanja, napon na diodi ostaje manji od praga i uzorak se nalazi u stanju koje karakteriše pozitivna pokretljivost elektrona, odnosno prostorni naboj, koji je uspeo da se formira za vreme kada je električni polje u diodi je bilo iznad praga, rastvara se.

Uslov za slabo povećanje naboja tokom vremena ćemo približno napisati u formu , Gdje ; je prosječna vrijednost negativne diferencijalne pokretljivosti elektrona u regiji. Resorpcija prostornog naboja u vremenu će biti efektivna ako i gdje ; i – vremenska konstanta dielektrične relaksacije i pokretljivost elektrona u slabom polju.

Brojanje , , imamo . Ova nejednakost određuje raspon vrijednosti unutar kojeg se implementira ONZ način rada.

Elektronska efikasnost generatora Gunn diode u ONOS modu može se izračunati iz oblika struje (slika 7). At Maksimalna efikasnost je 17%.

Fig.7. Vremenska zavisnost struje od Gunn diode u ONOS modu.

U domenskim modovima, frekvencija generiranih oscilacija je približno jednaka frekvenciji leta. Stoga je dužina Gunn dioda koje rade u domenskim modovima povezana sa radnim frekvencijskim opsegom izrazom

gdje je izraženo u GHz, i – u mikronima. U ONOS načinu rada, dužina diode ne ovisi o radnoj frekvenciji i može biti mnogo puta veća od dužine dioda koje rade na istim frekvencijama u domenskim modovima. Ovo vam omogućava da značajno povećate snagu generatora u ONO režimu u odnosu na generatore koji rade u domenskim režimima.

Razmatrani procesi u Gunn diodi u domenskim modovima su u suštini idealizirani, jer se realizuju na relativno niskim frekvencijama (1–3 GHz), gdje je period oscilacije znatno manji od vremena formiranja domena, a dužina diode mnogo veća od dužina domena na konvencionalnim nivoima dopinga . Najčešće se kontinualne Gunn diode koriste na višim frekvencijama u takozvanim hibridnim modovima. Hibridni režimi Rad Gunn dioda je srednji između ONOS i domenskog načina rada. Tipično je za hibridne modove da formiranje domena zauzima većinu perioda oscilovanja. Nepotpuno formirana domena se rješava kada se trenutni napon na diodi smanji na vrijednosti ispod praga. Jačina električnog polja izvan područja povećanja prostornog naboja općenito ostaje veća od praga. Procesi koji se odvijaju u diodi u hibridnom režimu analiziraju se pomoću računara pomoću jednačina (1), (3) i (4). Hibridni modovi zauzimaju širok raspon vrijednosti i nisu toliko osjetljivi na parametre kola kao ONOZ način rada.

ONOS režim i hibridni režimi rada Gunn diode klasifikuju se kao „tvrdi“ režimi samopobude, koji se karakterišu zavisnošću negativne elektronske provodljivosti o amplitudi visokofrekventnog napona. Stavljanje generatora u hibridni režim (kao i u ONOZ režim) je složen zadatak i obično se izvodi uzastopnim prelaskom diode iz tranzitnog u hibridni režim.

Fig.8. Elektronska efikasnost GaAs Gunn diodnih generatora za različite načine rada:

1–sa kašnjenjem formiranja domena

2–sa potiskivanjem domena

Fig.9. Vremenska ovisnost napona (a) i struje (b) Gunn diode u visokoefikasnom načinu rada.

3-hibrid

Konstrukcije i parametri generatora na bazi Gunn dioda.

Na slici 8 prikazane su vrijednosti maksimalne elektronske efikasnosti. GaAs Gunn dioda u različitim režimima rada. Može se vidjeti da vrijednosti ne prelaze 20%. Povećajte efikasnost generatora baziranih na Gunn diodama moguće je korištenjem složenijih oscilatornih sistema, koji omogućavaju da se obezbijede vremenske ovisnosti struje i napona na diodi, prikazane na slici 9. Proširenje funkcija i u Fourierov red na i daje vrijednosti elektronske efikasnosti za GaAs Gunn diode od 25%. Prilično dobra aproksimacija optimalnoj krivulji postiže se korištenjem drugog harmonika napona. Još jedan način povećanja efikasnosti sastoji se od upotrebe materijala s visokim omjerom u Gunn diodama. Tako za indijum fosfid dostiže 3,5, što povećava teorijsku elektronsku efikasnost dioda na 40%.

Treba imati na umu da je elektronska efikasnost generatora baziranih na Gunn diodama smanjuje se na visokim frekvencijama, kada period oscilovanja postaje srazmjeran vremenu uspostavljanja NDC-a (ovo se manifestira već na frekvencijama od ~30 GHz). Inercija procesa koji određuju ovisnost prosječne brzine drifta elektrona o polju dovodi do smanjenja antifazne komponente struje diode. Granične frekvencije Gunn dioda povezanih s ovim fenomenom procjenjuju se na ~100 GHz za GaAs uređaje i 150-300 GHz za InP uređaje.

Izlazna snaga Gunn dioda ograničena je električnim i toplinskim procesima. Utjecaj potonjeg dovodi do ovisnosti maksimalne snage o frekvenciji u obliku , gdje je konstanta određena dopuštenim pregrijavanjem konstrukcije, toplinskim karakteristikama materijala i elektronskom efikasnošću. i kapacitet diode. Ograničenja električnog načina rada nastaju zbog činjenice da se pri velikoj izlaznoj snazi amplituda oscilacija pokazuje srazmjernom konstantnom naponu na diodi: .

U režimima domena dakle u skladu sa imamo:

gdje je ekvivalentni otpor opterećenja, preračunat na terminale diode i jednak modulu aktivnog negativnog otpora LPD-a.

Maksimalna jakost električnog polja u domeni značajno premašuje prosječnu vrijednost polja u diodi, a istovremeno bi trebala biti manja od probojne jačine pri kojoj dolazi do lavinskog sloma materijala (za GaAs ). Obično se smatra da je dozvoljena vrijednost električnog polja .

Kao i kod LPD-a, na relativno niskim frekvencijama (u centimetarskom opsegu talasnih dužina), maksimalna izlazna snaga Gunn dioda je određena termalnim efektima. U milimetarskom opsegu, debljina aktivnog područja dioda koje rade u domenskim modovima postaje mala i prevladavaju električna ograničenja. U kontinuiranom načinu rada u rasponu od tri centimetra, snaga od 1-2 W može se dobiti iz jedne diode s efikasnošću do 14%; na frekvencijama 60–100 GHz – do 100 WW sa efikasnošću od nekoliko procenata. Gunn diodni generatori se odlikuju znatno nižim frekvencijskim šumom od LPD generatora.

ONOZ način rada karakterizira mnogo ravnomjernija raspodjela električnog polja. Osim toga, dužina diode koja radi u ovom režimu može biti značajna. Stoga, amplituda mikrovalnog napona na diodi u ONOS modu može biti 1-2 reda veličine veća od napona u domenskim modovima. Tako se izlazna snaga Gunn dioda u ONOS modu može povećati za nekoliko redova veličine u odnosu na domenske modove. Za ONOZ način rada toplinska ograničenja dolaze do izražaja. Gunn diode u ONOS načinu rada najčešće rade u impulsnom režimu s visokim radnim ciklusom i generiraju snagu do nekoliko kilovata u centimetarskom rasponu talasnih dužina.

Frekvencija generatora baziranih na Gunn diodama određena je uglavnom rezonantnom frekvencijom oscilatornog sistema, uzimajući u obzir kapacitivnu provodljivost diode i može se podesiti u širokom rasponu mehaničkim i električnim metodama.

U talasovodnom generatoru(Sl. 10, a) Gunn dioda 1 postavljen između širokih zidova pravougaonog talasovoda na kraju metalne šipke. Bias napon se dovodi preko induktorskog ulaza 2 , koji je napravljen u obliku presjeka četvrtvalnih koaksijalnih vodova i služi za sprječavanje prodora mikrovalnih oscilacija u strujni krug. Rezonator niske Q je formiran od elemenata za montažu diode u talasovodu. Frekvencija generatora se podešava pomoću varaktorske diode 3 , koji se nalazi na udaljenosti od pola talasne dužine i instaliran u talasovodu slično Gunn diodi. Često su diode uključene u talasovod smanjene visine, koji je preko četvrttalasnog transformatora povezan sa izlaznim talasovodom standardnog preseka.

Slika 10. Dizajn generatora na bazi Gunn dioda:

a-talasovod; b-mikrotraka; c–sa podešavanjem frekvencije pomoću YIG sfere

U mikrotrakastu dizajnu(Sl. 10, b) dioda 1 spojen između baze i trakastog vodiča. Za stabilizaciju frekvencije koristi se visokokvalitetni dielektrični rezonator 4 u obliku diska napravljenog od dielektrika s malim gubicima i visokom vrijednošću (na primjer, barij titanat), koji se nalazi u blizini MPL trakastog vodiča širine . Kondenzator 5 služi za razdvajanje strujnih kola i mikrotalasne staze. Napon napajanja se dovodi kroz induktorsko kolo 2 , koji se sastoji od dva četvrttalasna segmenta MPL sa različitim talasnim impedansama, a linija sa malim otporom je otvorena. Upotreba dielektričnih rezonatora sa pozitivnim temperaturnim koeficijentom frekvencije omogućava stvaranje oscilatora sa malim pomacima frekvencije pri promjeni temperature (~40 kHz/°C).

Frekvencijski podesivi generatori na Gunn diode mogu se konstruirati korištenjem monokristala itrijum željeznog granata (slika 10, c). Frekvencija generatora u ovom slučaju se mijenja zbog podešavanja rezonantne frekvencije visokokvalitetnog rezonatora, koji ima oblik YIG kugle malog promjera, kada se magnetsko polje promijeni. Maksimalno podešavanje se postiže u neupakovanim diodama koje imaju minimalne reaktivne parametre. Kolo visokofrekventne diode sastoji se od kratkog zavoja koji obuhvata YIG sferu 6 . Povezivanje diodnog kruga sa strujnim krugom vrši se zbog međusobne induktivnosti koju osigurava YIG sfera i ortogonalno smještenih spojnih zavoja. Opseg električnog podešavanja takvih generatora, koji se široko koriste u automatskim mjernim uređajima, dostiže oktavu sa izlaznom snagom od 10-20 mW.

Slika 11. Generalizirano ekvivalentno kolo Gunn diode.

Pojačala bazirana na Gunn diodama.

Razvoj pojačala baziranih na Gunn diodama je od velikog interesa, posebno za milimetarski opseg talasnih dužina, gdje je upotreba mikrovalnih tranzistora ograničena. Važan zadatak pri kreiranju pojačala na bazi Gunn dioda je osiguranje stabilnosti njihovog rada (stabilizacija diode) i, prije svega, suzbijanje oscilacija u domeni malog signala. Ovo se može postići ograničavanjem parametra diode, opterećenjem diode vanjskim krugom, odabirom profila dopinga diode, smanjenjem poprečnog presjeka ili nanošenjem dielektričnog filma na uzorak. Kao pojačala koriste se i planarne i mezastrukturne diode, koje imaju negativnu provodljivost na naponima iznad praga u širokom frekventnom opsegu blizu frekvencije leta i koriste se kao regenerativna reflektirajuća pojačala s cirkulatorom na ulazu, kao i složenije filmske strukture. koji koriste fenomen talasnog rasta prostornog naboja u materijalu sa NDP, često nazivan tankoslojni pojačivači putujućih talasa(UBV).

U subkritično dopiranim diodama na formiranje trkaćeg domena je nemoguće čak i pri naponima koji prelaze prag. Kao što pokazuju proračuni, subkritične diode karakterizira negativan ekvivalentni otpor na frekvencijama bliskim frekvenciji leta, pri naponima koji prelaze prag. Mogu se koristiti u reflektirajućim pojačalima. Međutim, zbog njihovog niskog dinamičkog raspona i pojačanja, oni su ograničene upotrebe.

Stabilna negativna provodljivost u širokom frekventnom opsegu, koja dostiže 40%, ostvaruje se u diodama sa pri kratkoj dužini diode (~8–15 µm) i naponima . Pri nižim naponima uočava se generiranje, čiji se slom s povećanjem napona može objasniti smanjenjem NDC materijala s povećanjem temperature uređaja.

Ujednačena distribucija električnog polja po dužini diode i stabilno pojačanje u širokom frekventnom opsegu mogu se dobiti zbog neujednačenog dopinga uzorka (slika 12, a). Ako u blizini katode postoji uski lagano dopirani sloj dužine oko 1 μm, to ograničava ubrizgavanje elektrona s katode i dovodi do naglog povećanja električnog polja. Povećanjem koncentracije nečistoća po dužini uzorka prema anodi u rasponu od do moguće je postići ujednačenost električnog polja. Procesi u diodama sa ovim profilom obično se računaju na računaru.

Slika 12. Profil dopinga (a) i raspodjela polja (b) u Gunn diodi s katodnim područjem visokog otpora.

Razmatrani tipovi pojačala odlikuju se širokim dinamičkim opsegom, efikasnošću od 2-3% i šumom od ~10 dB u centimetarskom opsegu talasnih dužina.

U toku je razvoj tankoslojnih pojačivača putujućih talasa (slika 13) koji obezbeđuju jednosmerno pojačanje u širokom frekventnom opsegu i ne zahtevaju upotrebu cirkulatora za razdvajanje. Pojačalo je epitaksijalni GaAs sloj 2 debljine (2–15 µm), uzgojene na supstratu visoke otpornosti 1 . Ohmski kontakti katode i anode nalaze se na udaljenosti jedan od drugog i osiguravaju drift elektrona duž filma kada se na njih primijeni konstantni napon. Dva kontakta 3 u obliku Schottky barijere širine 1-5 μm, koriste se za unos i izlaz mikrovalnog signala iz uređaja. Ulazni signal doveden između katode i prvog Schottky kontakta pobuđuje val prostornog naboja u protoku elektrona, čija se amplituda mijenja kako se kreće prema anodi faznom brzinom.

Slika 13. Dijagram GaAs tankoslojnog pojačivača putujućih valova s uzdužnim pomakom

Da bi pojačalo radilo, potrebno je osigurati ujednačenost filma i ujednačenost električnog polja po dužini uređaja. BW bias napon leži u GaAs NDC području, tj . U ovom slučaju, val prostornog naboja raste kako se kreće duž filma. Stabilna, ujednačena raspodjela električnog polja postiže se u UWV-u korištenjem filmova male debljine i oblaganjem GaAs filma dielektrikom velike vrijednosti.

Primjena osnovnih jednadžbi kretanja elektrona za jednodimenzionalni slučaj (1), (3), (4) i režim malog signala, kada su konstantne komponente konvekcijske struje, jakosti električnog polja i gustine naboja mnogo veće od amplituda varijabilnih komponenti (), dovodi do disperzione jednačine za konstantno širenje, koja ima rješenje u obliku dva talasa.

Jedan od njih je direktan talas koji se širi duž filma od katode do anode faznom brzinom i ima amplitudu koja varira u skladu sa zakonom:

gdje je vrijeme kretanja elektrona sa ulaza uređaja. Kada se radi u ODP regionu, direktni talas se takođe povećava. Drugi talas je obrnut, širi se od anode do katode i slabi u amplitudi kao . Koeficijent difuzije za GaAs je , stoga obrnuti talas brzo opada. Od (9) pojačanje uređaja je (dB)

(10)

Procjena prema (10) u I daje pojačanje reda veličine 0,3–3 dB/µm. Treba imati na umu da je izraz (10) u suštini kvalitativan. Njegova direktna upotreba za izračunavanje rastućih valova prostornog naboja može dovesti do grešaka zbog jakog utjecaja graničnih uvjeta za malu debljinu filma, budući da se problem mora posmatrati kao dvodimenzionalan. Difuzija elektrona se također mora uzeti u obzir, ograničavajući opseg frekvencija preko kojeg je moguće pojačanje. Proračuni potvrđuju mogućnost dobijanja pojačanja od ~0,5–1 dB/μm u UWV na frekvencijama od 10 GHz ili više. Takvi uređaji se također mogu koristiti kao kontrolirani fazni pomjernici i mikrovalne linije za kašnjenje.

[L]. Berezin et al. – M. Viša škola 1985.

Ministarstvo obrazovanja Ruske Federacije

Oryol State Technical University

Katedra za fiziku SAŽETAK

na temu: “Gunnov efekat i njegova upotreba u diodama koje rade u generatorskom režimu.”

Disciplina: “Fizičke osnove mikroelektronike”

Ispunjava učenik grupe 3–4
Senatorov D.G.

Supervizor:

Orao. 2000

Gunnov efekat i njegova upotreba u diodama koje rade u generatorskom režimu.

Za pojačavanje i generiranje mikrovalnih oscilacija može se koristiti anomalna ovisnost brzine elektrona o jakosti električnog polja u nekim poluvodičkim spojevima, prvenstveno u galij arsenidu. U ovom slučaju glavnu ulogu imaju procesi koji se odvijaju u masi poluvodiča, a ne u p-n spoju. Generisanje mikrotalasnih oscilacija u homogenim uzorcima GaAs n-tipa pri konstantnoj jačini električnog polja iznad granične vrednosti prvi je primetio J. Gunn 1963. (zbog toga se takvi uređaji nazivaju Gunn diode). U domaćoj literaturi nazivaju se i uređajima sa volumetrijskom nestabilnošću ili sa intervalnim prijenosom elektrona, jer su aktivna svojstva dioda određena prijelazom elektrona iz „centralne“ energetske doline u „bočnu“, gdje ih karakterizira velika efektivna masa i mala pokretljivost. U stranoj literaturi, potonji naziv odgovara terminu TED (Transferred Electron Device).

gdje je konstanta dielektrične relaksacije; – koncentracija elektrona u originalnom n-GaAs. U homogenom uzorku na koji se primjenjuje konstantan napon , lokalno povećanje koncentracije elektrona dovodi do pojave negativno nabijenog sloja (slika 2), koji se kreće duž uzorka od katode do anode.

Fig.1. Približna zavisnost brzine drifta elektrona o jačini električnog polja za GaAs.

Fig.2. Objasniti proces formiranja akumulacionog sloja u jednolično dopiranom GaAs.

Međutim, takva distribucija električnog polja je nestabilna i, ako u uzorku postoji nehomogenost u vidu skokova koncentracije, pokretljivosti ili temperature, može se transformirati u takozvanu domenu jakog polja. Jačina električnog polja povezana je s koncentracijom elektrona Poissonovom jednačinom, koja za jednodimenzionalni slučaj ima oblik

(1)

Fig.3. Objasniti proces formiranja dipolnog domena.

(2)

Ovaj način rada Gunn diode naziva se tranzitni način rada. U tranzitnom modu, struja kroz diodu se sastoji od impulsa koji slijede s periodom . Dioda stvara mikrotalasne oscilacije sa frekvencijom leta , određena uglavnom dužinom uzorka i slabo ovisna o opterećenju (upravo te oscilacije Gunn je uočio proučavajući uzorke iz GaAs i InP).

Elektronske procese u Gunn diodi treba uzeti u obzir uzimajući u obzir Poissonove jednadžbe, kontinuitet i ukupnu gustoću struje, koje za jednodimenzionalni slučaj imaju sljedeći oblik:

; (3)

. (4)

Fig.4. Ekvivalentno kolo generatora Gunn diode (a) i vremenske ovisnosti napona (b) i struje kroz Gunn diodu u tranzitnom modu (c) iu režimima sa kašnjenjem (d) i prigušenjem u domeni (e).

Trenutni napon na diodi. Ukupna struja ne ovisi o koordinatama i funkcija je vremena. Često se smatra da je koeficijent difuzije nezavisan od električnog polja.

Načini rada domena.

. (5)

Sl.5. Odrediti parametre dipolne domene.

Slika 5, b prikazuje zavisnost napona u domenu na jačini električnog polja izvan njega, gde je dužina domena (slika 3, c). Tamo je izgrađena „instrumentalna linija“ diode dužine pri datom naponu, uzimajući u obzir činjenicu da je ukupan napon na diodi . Tačka presjeka A određuje napon domene i jačinu polja izvan njega. Treba imati na umu da se domen javlja pri konstantnom naponu , međutim, može postojati i kada se tokom kretanja domena prema anodi napon na diodi smanji na vrijednost (isprekidana linija na sl. 5, b). Ako se napon na diodi dodatno smanji tako da postane manji od napona gašenja domene, rezultirajuća domena će se riješiti. Napon prigušenja odgovara trenutku kada „prava linija instrumenta“ dodirne liniju na slici 5, b.

(6)

Fig6. Gunn dioda.

Približno se vjeruje da će Domena imati vremena da se u potpunosti formira u sljedećem vremenu:

gdje je izraženo u . O modovima domena ima smisla govoriti samo ako domen ima vremena da se formira tokom leta elektrona u uzorku. Dakle, uslov za postojanje dipolnog domena je ili .

Vrijednost proizvoda koncentracije elektrona i dužine uzorka naziva se kritična i označava se . Ova vrijednost je granica između modova domena Gunn diode i modova sa stabilnom distribucijom električnog polja u jednolično dopiranom uzorku. Kada se ne formira domen jakog polja, uzorak se naziva stabilnim. Mogući su različiti načini rada domena. Kriterijum tipa važi, strogo govoreći, samo za strukture u kojima je dužina aktivnog sloja između katode i anode mnogo manja od poprečnih dimenzija: (slika 6, a), što odgovara jednodimenzionalnom problemu i tipičan je za planarne i mezastrukture. Za tankoslojne strukture (slika 6, b), epitaksijalni aktivni sloj GaAs dužine 1 može se postaviti između visokootporne podloge 3 i izolacionog dielektričnog filma 2, napravljenog, na primjer, od SiO 2. Ohmski anodni i katodni kontakti se proizvode fotolitografskim metodama. Poprečna veličina diode može biti uporediva s njenom dužinom. U ovom slučaju, prostorni naboji koji nastaju tokom formiranja domene stvaraju unutrašnja električna polja koja imaju ne samo uzdužnu, već i poprečnu komponentu (slika 6, c). To dovodi do smanjenja polja u odnosu na jednodimenzionalni problem. Kada je debljina aktivnog filma mala, kada je , kriterij odsustva nestabilnosti domene zamjenjuje se uvjetom . Za takve strukture, sa stabilnom distribucijom električnog polja, ona može biti veća.

Vrijeme formiranja domena ne bi trebalo da prelazi pola ciklusa mikrovalnih oscilacija. Dakle, postoji drugi uslov za postojanje pokretnog domena, iz kojeg, uzimajući u obzir (1), dobijamo .

Kada dioda radi na kolu sa velikim otporom, kada , amplituda naizmjeničnog napona može biti prilično velika, tako da tokom nekog dijela perioda trenutni napon na diodi postane manji od praga (odgovara krivulji 2 na sl. 4b). U ovom slučaju govorimo o modu sa kašnjenjem u formiranju domena. Domen se formira kada napon na diodi pređe prag, tj. u trenutku (vidi sliku 4, d). Nakon formiranja domene, struja diode opada i ostaje takva tokom vremena leta domene. Kada domena nestane na anodi u nekom trenutku, napon na diodi je manji od praga i dioda predstavlja aktivni otpor. Promjena struje je proporcionalna naponu na diodi do trenutka kada struja dostigne svoju maksimalnu vrijednost i napon na diodi bude jednak pragu. Počinje formiranje nove domene i cijeli proces se ponavlja. Trajanje strujnog impulsa je jednako vremenu kašnjenja formiranja novog domena. Vrijeme formiranja domene smatra se malim u poređenju sa i . Očigledno, takav način rada je moguć ako je vrijeme leta unutar granica i frekvencija generiranih oscilacija je .

Sa još većom amplitudom visokofrekventnog napona, što odgovara krivulji 3 na slici 4b, minimalni napon na diodi može biti manji od napona prigušenja diode. 4d). Domen se formira u trenutku i rastvara se u trenutku kada se novi domen počinje formirati nakon što napon premaši vrijednost praga. Pošto nestanak domena nije povezan sa njegovim dolaskom do anode, vreme leta elektrona između katode i anode u režimu gašenja domena može premašiti period oscilovanja: . Dakle, u režimu prigušenja. Gornja granica generiranih frekvencija ograničena je uvjetom i može biti .

ONOZ način rada.

Nešto kasnije od domenskih modova, predložen je i implementiran način ograničavanja akumulacije prostornog naboja za Gunn diode. Postoji pri konstantnim naponima na diodi, nekoliko puta većim od granične vrijednosti, i velikim amplitudama napona na frekvencijama nekoliko puta većim od frekvencije leta. Za implementaciju ONOS moda, potrebne su diode s vrlo ujednačenim profilom dopinga. Ujednačena raspodjela električnog polja i koncentracije elektrona duž dužine uzorka je osigurana velikom brzinom promjene napona na diodi. Ako je vremenski period tokom kojeg intenzitet električnog polja prolazi kroz područje NDC karakteristike mnogo manji od vremena formiranja domena, tada nema primjetne preraspodjele polja i prostornog naboja po dužini diode. Brzina elektrona u uzorku „prati“ promenu električnog polja, a struja kroz diodu je određena zavisnošću brzine od polja (slika 7).

Brojanje , , imamo . Ova nejednakost određuje raspon vrijednosti unutar kojeg se implementira ONZ način rada.

Elektronska efikasnost generatora Gunn diode u ONOS modu može se izračunati iz oblika struje (slika 7). At Maksimalna efikasnost je 17%.

Fig.7. Vremenska zavisnost struje od Gunn diode u ONOS modu.

Razmatrani procesi u Gunn diodi u domenskim modovima su u suštini idealizirani, jer se realizuju na relativno niskim frekvencijama (1–3 GHz), gdje je period oscilacije znatno manji od vremena formiranja domena, a dužina diode mnogo veća od dužina domena na konvencionalnim nivoima dopinga . Najčešće se kontinualne Gunn diode koriste na višim frekvencijama u takozvanim hibridnim modovima. Hibridni načini rada Gunn dioda su srednji između ONOS i domenskih modova. Tipično je za hibridne modove da formiranje domena zauzima većinu perioda oscilovanja. Nepotpuno formirana domena se rješava kada se trenutni napon na diodi smanji na vrijednosti ispod praga. Jačina električnog polja izvan područja povećanja prostornog naboja općenito ostaje veća od praga. Procesi koji se odvijaju u diodi u hibridnom režimu analiziraju se pomoću računara pomoću jednačina (1), (3) i (4). Hibridni modovi zauzimaju širok raspon vrijednosti i nisu toliko osjetljivi na parametre kola kao ONOZ način rada.

Fig.8. Elektronska efikasnost GaAs Gunn diodnih generatora za različite načine rada:

1–sa kašnjenjem formiranja domena

2–sa potiskivanjem domena

Fig.9. Vremenska ovisnost napona (a) i struje (b) Gunn diode u visokoefikasnom načinu rada.

3-hibrid

Konstrukcije i parametri generatora na bazi Gunn dioda.

U režimima domena dakle u skladu sa imamo:

gdje je ekvivalentni otpor opterećenja, preračunat na terminale diode i jednak modulu aktivnog negativnog otpora LPD-a.

U generatoru talasovoda (slika 10, a), Gunn dioda 1 je ugrađena između širokih zidova pravokutnog valovoda na kraju metalne šipke. Prednapon se dovodi preko ulaza prigušnice 2, koji je napravljen u obliku preseka četvrttalasnih koaksijalnih vodova i služi za sprečavanje prodora mikrotalasnih oscilacija u strujni krug. Rezonator niske Q je formiran od elemenata za montažu diode u talasovodu. Frekvencija generatora je podešena pomoću varaktorske diode 3 koja se nalazi na poluvalnoj udaljenosti i ugrađena je u valovod slično Gunn diodi. Često su diode uključene u talasovod smanjene visine, koji je preko četvrttalasnog transformatora povezan sa izlaznim talasovodom standardnog preseka.

Slika 10. Dizajn generatora na bazi Gunn dioda:

a-talasovod; b-mikrotraka; c–sa podešavanjem frekvencije pomoću YIG sfere

U mikrotrakastoj izvedbi (slika 10, b), dioda 1 je povezana između baze i trakastog vodiča. Za stabilizaciju frekvencije koristi se visokokvalitetni dielektrični rezonator 4 u obliku diska napravljenog od dielektrika s malim gubicima i visokom vrijednošću (na primjer, barij titanat), koji se nalazi u blizini MPL trakastog vodiča širine . Kondenzator 5 služi za razdvajanje strujnih kola i mikrotalasnog puta. Napon napajanja se napaja kroz induktorsko kolo 2 koje se sastoji od dvije četvrttalasne MPL sekcije sa različitim valnim impedancijama, a vod sa malim otporom je otvoren. Upotreba dielektričnih rezonatora sa pozitivnim temperaturnim koeficijentom frekvencije omogućava stvaranje oscilatora sa malim pomacima frekvencije pri promjeni temperature (~40 kHz/°C).

Frekvencijski podesivi generatori bazirani na Gunn diodama mogu se konstruirati korištenjem monokristala itrijum željeznog granata (slika 10, c). Frekvencija generatora u ovom slučaju se mijenja zbog podešavanja rezonantne frekvencije visokokvalitetnog rezonatora, koji ima oblik YIG kugle malog promjera, kada se magnetsko polje promijeni. Maksimalno podešavanje se postiže u neupakovanim diodama koje imaju minimalne reaktivne parametre. Visokofrekventni krug diode sastoji se od kratkog zavoja koji obuhvata YIG-sferu 6. Povezivanje diodnog kruga sa krugom opterećenja vrši se zahvaljujući međusobnoj induktivnosti koju osigurava YIG-sfera i ortogonalno smještenim spojnim zavojima. Opseg električnog podešavanja takvih generatora, koji se široko koriste u automatskim mjernim uređajima, dostiže oktavu sa izlaznom snagom od 10-20 mW.

Slika 11. Generalizirano ekvivalentno kolo Gunn diode.

Pojačala bazirana na Gunn diodama.

Razvoj pojačala baziranih na Gunn diodama je od velikog interesa, posebno za milimetarski opseg talasnih dužina, gdje je upotreba mikrovalnih tranzistora ograničena. Važan zadatak pri kreiranju pojačala na bazi Gunn dioda je osiguranje stabilnosti njihovog rada (stabilizacija diode) i, prije svega, suzbijanje oscilacija u domeni malog signala. Ovo se može postići ograničavanjem parametra diode, opterećenjem diode vanjskim krugom, odabirom profila dopinga diode, smanjenjem poprečnog presjeka ili nanošenjem dielektričnog filma na uzorak. Kao pojačala koriste se i planarne i mezastrukturne diode, koje imaju negativnu provodljivost na naponima iznad praga u širokom frekventnom opsegu blizu frekvencije leta i koriste se kao regenerativna reflektirajuća pojačala s cirkulatorom na ulazu, kao i složenije filmske strukture. koji koriste fenomen prostornog naboja rasta talasa u materijalu sa NDC, koji se često naziva tankoslojnim pojačivačima putujućih talasa (TWA).

Slika 12. Profil dopinga (a) i raspodjela polja (b) u Gunn diodi s katodnim područjem visokog otpora.

Razmatrani tipovi pojačala odlikuju se širokim dinamičkim opsegom, efikasnošću od 2-3% i šumom od ~10 dB u centimetarskom opsegu talasnih dužina.

U toku je razvoj tankoslojnih pojačivača putujućih talasa (slika 13) koji obezbeđuju jednosmerno pojačanje u širokom frekventnom opsegu i ne zahtevaju upotrebu cirkulatora za razdvajanje. Pojačalo je epitaksijalni sloj GaAs 2 debljine (2–15 μm), uzgojen na podlozi visoke otpornosti 1. Ohmski kontakti katode i anode nalaze se na međusobnoj udaljenosti i osiguravaju drift elektrona duž filma kada je konstantan napon se primjenjuje na njih. Dva kontakta 3 u obliku Schottky barijere širine 1–5 μm koriste se za unos i izlaz mikrovalnog signala iz uređaja. Ulazni signal doveden između katode i prvog Schottky kontakta pobuđuje val prostornog naboja u protoku elektrona, čija se amplituda mijenja kako se kreće prema anodi faznom brzinom.

Slika 13. Dijagram GaAs tankoslojnog pojačivača putujućih valova s uzdužnim pomakom

Jedan od njih je direktan talas koji se širi duž filma od katode do anode faznom brzinom i ima amplitudu koja varira u skladu sa zakonom:

(10)

[L]. Berezin et al. – M. Viša škola 1985.

Diskusija jednadžbi (1) s ciljem njihove modifikacije za polje EM vektorskog potencijala, budući da će nove jednadžbe omogućiti dosljedno opisivanje procesa netermalnog djelovanja elektrodinamičkih polja u materijalnim medijima: električnom i magnetskom polarizacija sredine, prenos ugaonog momenta EM impulsa na nju. Sami početni odnosi primarnog odnosa između komponenti EM polja i polja EM vektorskog potencijala sa...

Polariteti napajanja na slici 3.4 i pravci struja za p-n-p tranzistor. U slučaju n-p-n tranzistora, polariteti napona i smjerovi struje su obrnuti. Slika 3.4 Fizički procesi u BT. Ovaj način rada (NAR) je glavni i određuje namjenu i naziv elemenata tranzistora. Emiterski spoj ubrizgava nosioce u usko...

Oni su povezani sa sekundarnim uređajima pomoću termoelektričnih žica, koje, takoreći, produžuju termoelektrode. Sekundarni uređaji koji rade zajedno sa termoelektričnim pretvaračima su magnetoelektrični milivoltmetri i potenciometri. Rad magnetoelektričnog millivoltmetra zasniva se na interakciji okvira formiranog od provodnika kroz koji struja teče sa...

Kontrola temperature; Germanijumske i silicijumske plosnate diode. Teorijska znanja o ishrani koja su neophodna za laboratorijski rad: 1. Fizički procesi koji nastaju kao rezultat kontakta provodnika sa različitim vrstama provodljivosti. 2. Prelazak elektronskog imenika na ravnopravnu stanicu. Energetski dijagram. 3. Ubrizgavanje i ekstrakcija punjenja. 4. Volt amperska karakteristika (...

Pošaljite svoj dobar rad u bazu znanja je jednostavno. Koristite obrazac ispod

Studenti, postdiplomci, mladi naučnici koji koriste bazu znanja u svom studiranju i radu biće vam veoma zahvalni.

Objavljeno na http://www.allbest.ru//

Uvod

Nastanak i razvoj mikroelektronike kao novog naučnog i tehničkog pravca koji osigurava stvaranje složene radio-elektronske opreme (REA) u direktnoj je vezi sa kriznom situacijom koja je nastala početkom 60-ih godina, kada su tradicionalne metode proizvodnje REA od diskretnih elemenata pomoću njihovo sekvencijalno sklapanje nije moglo da obezbedi potrebnu pouzdanost, efikasnost, potrošnju energije, vreme proizvodnje i prihvatljive dimenzije REA.

Uprkos kratkom periodu postojanja, povezanost mikroelektronike sa drugim oblastima nauke i tehnologije obezbedila je neuobičajeno visoke stope razvoja ove industrije i značajno smanjila vreme za industrijsku implementaciju novih ideja. Tome je doprinijela i pojava osebujnih povratnih veza između razvoja integriranih kola, koja su osnova za automatizaciju proizvodnje i upravljanja, i korištenja ovih razvoja za automatizaciju samog procesa projektovanja, proizvodnje i testiranja integriranih kola.

Razvoj mikroelektronike napravio je fundamentalne promjene u principima dizajna elektronskih uređaja i doveo do upotrebe složene integracije koja se sastoji od:

strukturna ili integracija kola (tj. integracija funkcija kola unutar jedne strukturne jedinice); sa stepenom integracije od reda stotina i hiljada komponenti, postojeće metode podjele sistema na komponente, uređaje, podsisteme i blokove, kao i oblici koordinacije razvoja komponenti, uređaja i podsistema, postaju nedjelotvorni; istovremeno se težište pomiče u područje kola, što zahtijeva radikalno restrukturiranje metoda implementacije elektronskih sistema sa izgradnjom opreme na supermodularnom nivou;

1.Uloga tehnologije tankog filma u proizvodnji integriranih kola

Integrirana elektronika se ne razvija kao nova ili posebna oblast tehnologije, već uopštavanjem mnogih tehnoloških tehnika koje su se ranije koristile u proizvodnji diskretnih poluvodičkih uređaja i u proizvodnji filmskih premaza sa gornjim slojem. U skladu s tim, identificirana su dva glavna pravca u integriranoj elektronici: poluvodički i tankoslojni.

Stvaranje integriranog kola na jednoj monokristalnoj poluvodičkoj (do sada samo silicijumskoj) pločici prirodni je razvoj tehnoloških principa stvaranja poluvodičkih uređaja razvijenih posljednjih desetljeća, koji su se, kao što je poznato, dokazali u radu.

Tankofilni pravac integrisane elektronike zasniva se na sekvencijalnom rastu filmova različitih materijala na zajedničkoj podlozi (podlozi) uz istovremeno formiranje mikro delova (otpornici, kondenzatori, kontaktne pločice, itd.) i spojeva unutar kola od ovi filmovi.

Relativno nedavno, poluprovodnički (čvrsti) i tankoslojni hibridni IC-i su smatrani konkurentskim pravcima u razvoju integrisane elektronike. Poslednjih godina postalo je očigledno da ova dva pravca nisu nimalo isključiva, već se, naprotiv, međusobno dopunjuju i obogaćuju. Štoviše, do danas nisu stvorena integrirana kola koja koriste bilo koju vrstu tehnologije (i, očigledno, nema potrebe za tim). Čak i monolitna silikonska kola, proizvedena prvenstveno upotrebom poluvodičke tehnologije, istovremeno koriste metode kao što je vakuumsko taloženje filmova od aluminija i drugih metala za proizvodnju spojeva unutar kola, odnosno metode na kojima se temelji tehnologija tankih filmova.

Velika prednost tehnologije tankog filma je njena fleksibilnost, izražena u mogućnosti odabira materijala sa optimalnim parametrima i karakteristikama i dobijanja, zapravo, bilo koje tražene konfiguracije i parametara pasivnih elemenata. U ovom slučaju, tolerancije s kojima se održavaju pojedinačni parametri elemenata mogu se povećati na 1-2%. Ova prednost je posebno efikasna u slučajevima kada su tačne vrednosti vrednosti i stabilnost parametara pasivnih komponenti kritične (na primer, u proizvodnji linearnih kola, otpornih i RC kola, nekih tipova filtera, fazno osetljivih i selektivna kola, generatori, itd.).

Zbog kontinuiranog razvoja i unapređenja tehnologije poluvodiča i tankog filma, kao i sve veće složenosti IC-a, što se ogleda u povećanju broja komponenti i složenosti njihovih funkcija, treba očekivati da će u bliskoj budućnosti U budućnosti će se odvijati proces integracije tehnoloških metoda i tehnika, a najsloženiji IC će se proizvoditi konvergentnom tehnologijom. U ovom slučaju moguće je dobiti takve parametre i takvu pouzdanost IC-a koja se ne može postići upotrebom svake vrste tehnologije posebno. Na primjer, u proizvodnji poluvodičkog IC-a svi elementi (pasivni i aktivni) se izvode u jednom tehnološkom procesu, pa su parametri elemenata međusobno povezani. Aktivni elementi su odlučujući, jer se obično spoj baza-kolektor tranzistora koristi kao kondenzator, a područje difuzije koje nastaje stvaranjem baze tranzistora koristi se kao otpornik. Nemoguće je optimizirati parametre jednog elementa bez istovremenog mijenjanja karakteristika drugih. S obzirom na karakteristike aktivnih elemenata, ocjene pasivnih elemenata mogu se mijenjati samo promjenom njihove veličine.

Kada se koristi kombinovana tehnologija, aktivni elementi se najčešće proizvode planarnom tehnologijom u silicijumskoj pločici, a pasivni elementi se proizvode tehnologijom tankog filma na oksidiranom element po element (otpornici, a ponekad i kondenzatori) - površini iste silikonske pločice. . Međutim, procesi proizvodnje aktivnih i pasivnih dijelova IC-a su vremenski razdvojeni. Stoga su karakteristike pasivnih elemenata u velikoj mjeri nezavisne i određene su izborom materijala, debljinom filma i geometrijom. Budući da se tranzistori hibridnog IC-a nalaze unutar supstrata, veličina takvog kola može biti značajno smanjena u odnosu na hibridne IC-ove, koji koriste diskretne aktivne elemente koji zauzimaju relativno veliku količinu prostora na podlozi.

Krugovi napravljeni kombiniranom tehnologijom imaju niz nesumnjivih prednosti. Na primjer, u ovom slučaju je moguće dobiti otpornike s velikom vrijednošću i malim temperaturnim koeficijentom otpora, koji imaju vrlo usku širinu i visoku površinsku otpornost, na maloj površini. Kontrola stope taloženja tokom proizvodnje otpornika omogućava njihovu proizvodnju sa vrlo visokom preciznošću. Otpornike dobivene taloženjem filma ne karakteriziraju struje curenja kroz podlogu čak ni pri visokim temperaturama, a relativno visoka toplinska provodljivost podloge sprječava mogućnost pojave područja s povišenim temperaturama u krugovima.

Tanki filmovi, osim u proizvodnji IC-a primjenom epitaksijalno-planarne tehnologije, imaju široku primjenu u proizvodnji hibridnih IC-a, kao i u proizvodnji novih tipova mikroelektronskih uređaja (uređaji s nabojom, kriotronski punjači na bazi Josephsonovog efekat, punjači na cilindričnim magnetnim domenima, itd.).

2. Tankofilna metalizacija poluvodičkih uređaja i integrisanih kola

U proizvodnji poluvodičkih uređaja i IC-a za proizvodnju omskih kontakata sa silicijumom, interkonektora i kontaktnih jastučića, kao i gejt elektroda MOS struktura, aluminijske folije su postale široko rasprostranjene zbog sljedećih prednosti ovog metala:

niska cijena Al i mogućnost korištenja jednog metala za sve procese metalizacije, što značajno pojednostavljuje i smanjuje cijenu tehnologije i sprječava pojavu galvanskih efekata;

visoka električna provodljivost Al filmova, bliska električnoj provodljivosti rasutog materijala; lakoća isparavanja Al u vakuumu iz volframovih lonaca i isparivača elektronskim snopom;

visoka adhezija A1 na silicijum i njegove okside; niskootporni kontakt Al sa silicijumom i n-tip provodljivosti;

primjetna topljivost silicija u Al sa stvaranjem čvrste otopine koja gotovo ne smanjuje električnu provodljivost;

odsustvo hemijskih jedinjenja u sistemu Al--Si;

hemijska interakcija A1 sa Si02, koji delimično ostaje na kontaktnim jastučićima; hemijska otpornost A1 u oksidacionoj sredini i otpornost na zračenje;

jednostavnost fotolitografskih operacija za dobivanje konfiguracije vodljivih tragova pomoću nagrizajućih tvari koje ne reagiraju sa silicijumom i silicijum dioksidom; dobra Al duktilnost i otpornost na ciklične promjene temperature.

Veličina zrna nanesenih Al filmova značajno zavisi od brzine isparavanja i temperature supstrata. Što je veća veličina zrna i što je kristalna struktura filma savršenija, to je manja njegova otpornost, manji je učinak elektromigracije i, kao rezultat toga, strujni putevi i omski kontakti imaju duži vijek trajanja. Usmjereni rast Al filmova na neoksidiranim površinama silicija u ravnini (111) uočen je pri brzinama taloženja od oko 3 * 10-2 μm * s-1 i temperaturi supstrata od 200--250°C.

Da bi se postigle tako visoke stope taloženja filma, najčešće se koriste isparivači elektronskih zraka. U ovom slučaju, stepen savršenstva kristalne strukture filmova može se nekontrolisano menjati usled dodatnog zagrevanja supstrata zračenjem, čija veličina zavisi kako od snage isparivača, tako i od materijala podloge i debljine podloge. deponovanog filma. Nekontrolisane promjene u strukturi filma također nastaju zbog prisustva nabijenih čestica u molekulskom snopu isparene Al pare. Što je veća katodna emisiona struja i što je veća brzina isparavanja, veća je koncentracija nabijenih čestica.

Jedan od značajnih nedostataka čistih Al filmova je prijenos materije kao rezultat elektrodifuzije (drift materijalnih jona duž vodiča, bilo da postoji razlika potencijala na krajevima potonjeg). Brzina kretanja jona je funkcija temperature i raste s temperaturom. Osim elektrodifuzije, moguća je i difuzija atoma metala kao rezultat temperaturne razlike na krajevima vodiča. Ako se Al taloži na silicijum oksidu, to uzrokuje slabu disipaciju toplote, pojavu „vrućih“ centara na provodnim stazama i, kao rezultat, značajne temperaturne gradijente. Elektromigracija Al pri nižim gustoćama struje nego kod drugih metala dovodi do pojave šupljina u filmu (Kirkendall efekt).

Budući da je elektrodifuzija aktivacijski proces, značajno ovisi o stanju granične površine zrna. Smanjenje opsega granica povećanjem veličine zrna i odabirom materijala za zaštitni premaz može značajno povećati energiju aktivacije i, kao posljedicu, vrijeme između kvarova. Značajno povećanje vremena između kvarova može se postići dodavanjem nečistoća bakra, magnezija, hroma i aluminijum oksida u aluminijum.

Nakon nanošenja filma A1 i dobijanja potrebne konfiguracije strujnih staza, A1 se spaja u silicijum na temperaturi od 500-550°C da bi se dobio kontakt niskog otpora. Migracija viška silicijuma na strujnim stazama uz kontaktne podloge uzrokuje ljuštenje A1 i kvarove IC. Da bi se to spriječilo, potrebno je u njega unijeti oko 2 mas. kada A1 ispari. % silicija. Dodavanje silicija kontaktnim jastučićima iz A1 smanjuje migraciju silicijuma iz plitkog emiterskog sloja (oko 1 μm), što značajno povećava performanse IC-a na bipolarnim tranzistorima i sprječava kratki spoj plitkih emiterskih spojeva u IC-u. . Kako bi se spriječila migracija silicija u A1 film, titanijumski film se može koristiti kao međusloj. Upotreba metode stvaranja omskih kontakata s podslojem titana u brzodjelujućim IC-ima omogućila je povećanje vremena između kvarova za 20 puta. Pored titana, donji sloj od platine ili paladija može se koristiti za formiranje silicida platine ili paladijum silicida.

Uz prethodno navedene prednosti, metalizacija aluminijuma ima niz značajnih nedostataka od kojih su najvažniji:

niska energija aktivacije atoma A1, koja uzrokuje elektromigraciju pri gustoći struje od približno 106 A/cm2 i povišenim temperaturama, što rezultira pojavom šupljina u filmovima;

mogućnost kratkog spoja kroz dielektrik u sistemima metalizacije na više nivoa zbog stvaranja oštrih izbočina na ražnju kao rezultat elektromigracije i rekristalizacije A1;

opasnost od galvanske korozije Al pri istovremenoj upotrebi drugih metala; visoka brzina difuzije A1 duž granica zrna, što ne dozvoljava upotrebu uređaja sa A1 metalizacijom na temperaturama iznad 500°C;

intenzivna hemijska interakcija A1 sa silicijum dioksidom na temperaturi od oko 500°C;

niska tačka topljenja u eutektici aluminijum-silicijumskih sistema je oko 577°C;

velika razlika (6 puta) između koeficijenata termičkog širenja A1 i 51;

mekoća A1 i, prema tome, niska mehanička čvrstoća filmova;

nemogućnost povezivanja vodova lemljenjem;

visoki granični napon u MOS strukturama zbog visoke radne funkcije.

Zbog navedenih nedostataka metalizacija aluminijuma se ne koristi u IC-ovima i tranzistorima sa malim emiterskim spojevima, kao ni u MIS IC-ovima za ... stvaranje gejt elektroda. U tu svrhu koriste se jednoslojni i višeslojni sistemi od različitih metala (uključujući A1 za gornji sloj). Najprikladniji materijali su volfram i molibden. Konkretno, volfram ima skoro isti TCR kao silicijum, dobar omski kontakt sa silicijum- i n-tip provodljivosti, malu (2,5 puta) razliku od aluminijuma u električnoj provodljivosti, najveću energiju aktivacije od svih metala tokom samodifuzije, visoku temperaturno topljenje eutektika sa silicijumom, hemijska inertnost na vazduhu i u vodenom rastvoru fluorovodonične kiseline, kao i visoka tvrdoća koja eliminiše mogućnost ogrebotina na filmu.

Zbog otpornosti na visoku temperaturu W, može se koristiti za višeslojnu metalizaciju naizmjeničnim slojevima silicijum dioksida sa W. Prilikom termičke obrade ne stvaraju se nasipi na površini filma i ne postoji opasnost od kratkog spoja između strujni putevi u višeslojnoj metalizaciji. Osim toga, W filmovi (kao i Mo filmovi) su metalurška barijera koja sprječava stvaranje interkristalne strukture silicija i aluminija.

Nedostatak W metalizacije je teškoća dobivanja filmova (za što se obično koristi piroliza volfram heksofluorida) i jetkanja (u alkalnoj otopini ferocianida). Oba ova procesa su složena i uključuju toksične tvari. Osim toga, vanjske vodove je nemoguće spojiti direktno na volfram, pa se na kontaktne jastučiće nanosi neki drugi metal (Pt, Ni, Au, Cu, Al itd.).

U proizvodnji mikrovalnih IC-a, IC-a posebne namjene, kao iu hibridnoj tehnologiji, koristi se metalizacija koja se sastoji od nekoliko slojeva tankih metala. U tom slučaju obično prvi (donji) sloj metala mora imati visoku adheziju i za silicijum i za silicijum dioksid i istovremeno imati niske koeficijente rastvorljivosti i difuzije u ovim materijalima. Ove zahtjeve ispunjavaju metali kao što su hrom, titanijum, molibden i silicid platine. Kod dvoslojne metalizacije, drugi (gornji) sloj metala mora imati visoku električnu provodljivost i osigurati zavarivanje žičanih vodova do njega. Međutim, u nekim sistemima (kao što su Cr-Au, Ti-Au ili Cr-Cu) kontakti

Tokom termičke obrade gube mehaničku čvrstoću kao rezultat stvaranja intermetalnih spojeva na njihovim granicama. Osim toga, metal koji leži iznad difundira kroz donji sloj u silicij, što smanjuje mehaničku čvrstoću spoja i mijenja kontaktni otpor. Da bi se eliminisao ovaj fenomen, obično se koristi treći sloj metala, koji je barijera koja sprečava interakciju gornjeg metalizacionog sloja sa silicijumom. Na primjer, u trostrukom sistemu Tt-Pl-Au, koji se koristi u proizvodnji terminala za grede, sloj

Rice. 1. Šema procesa proizvodnje dvostepene metalizacije u sistemu A1-A1rOz-A1. mikroelektronika integrisani tanki film

a-- nanošenje debelih i tankih slojeva silicijum oksida prije metalizacije (prikazano je područje omskog kontakta); b - nanošenje aluminijuma, formirajući prvi nivo; c -- fotogravura prvog nivoa metala; d - eloksiranje prvog stepena metalizacije sa fotootpornom maskom e - nanošenje aluminijuma koji formira drugi nivo;

Pt debljine oko 5X10-2 μm služi kao barijera protiv difuzije A1 u S1. Osim toga, za terminale snopa u MIS IC-ovima koriste se Cr-Ag-Au, Cr-Ag-Pt, Pd-Ag-Au sistemi, u kojima srebrni film igra ulogu barijere. Za hibridne IC i trakaste mikrotalasne IC linije koriste se Cr-Cu i Cr-Cu-Cr sistemi.

Povećanje gustoće elemenata na čipu zahtijevalo je korištenje metalizacije na više nivoa. Na sl. Na slici 1 prikazan je redoslijed izrade dvostepene metalizacije u sistemu A1-A1203-A1, koji se koristi u uređajima s nabojnom spregom.

Relativno nov izolacijski materijal za metalizaciju na više nivoa je poliimid, kojim se postiže petostepena metalizacija LSI na MOS tranzistorima.

3. Faktori koji utiču na svojstva tankih filmova

Rast jedne supstance na supstratu iz druge supstance je veoma složen proces, koji zavisi od velikog broja parametara koje je teško kontrolisati: strukture supstrata, stanja njegove površine, temperature, svojstava isparene supstance. i brzinu njegovog taloženja, materijal i dizajn isparivača, stepen vakuuma, sastav preostalog okruženja i niz drugih. U tabeli Slika 1 prikazuje odnos između svojstava filmova i uslova njihovog taloženja.

Svojstva filma

faktori koji utiču na ova svojstva

Velicina zrna

Podloga i filmski materijal. Kontaminacija supstrata.

Pokretljivost atoma deponovanog materijala na površini

supstrati (temperatura podloge, brzina taloženja).

Struktura površine podloge (stepen hrapavosti,

prisustvo kristala)

Postavljanje kristala

Struktura supstrata "" (monokristalna,

polikristalni ili amorfni). Kontaminacija supstrata

(kršenje strukture filma). Temperatura podloge

(obezbeđivanje potrebne mobilnosti atoma deponovanog

materijal)

Adhezija između filma

Podloga i filmski materijal. Dodatni procesi

(na primjer, formiranje srednjeg oksidnog sloja

između filma i podloge). Kontaminacija supstrata.

Pokretljivost atoma deponovanog materijala

Zagađenje

Čistoća isparenog materijala. Materijal isparivača.

Kontaminacija supstrata. Stepen vakuuma i sastav

gasovi i stopa taloženja

Oksidacija

Stepen hemijskog afiniteta deponovanog materijala prema

kiseonik. Apsorpcija vodene pare podlogom.

Temperatura podloge. Stepen vakuuma i sastav

rezidualno okruženje. Odnos između rezidualnog pritiska

gasovi i stopa taloženja

voltaža

Film i materijal podloge. Temperatura podloge.

Veličina zrna, inkluzije, kristalografski defekti u

film. Žarenje. Ugao između molekulskog snopa i supstrata

U zavisnosti od specifičnih uslova taloženja, filmovi od iste supstance mogu imati sledeće glavne strukturne karakteristike: amorfnu strukturu, koju karakteriše odsustvo kristalne rešetke; koloidna (fino zrnasta) struktura, koju karakteriše prisustvo vrlo malih kristala (manje od 10~2 µm); zrnasta (krupnozrnasta) struktura sa velikim kristalima (10-1 µm ili više); monokristalna struktura, kada je cijeli film kontinuirana kristalna rešetka atoma datog materijala.

4.Podloge

Materijal koji se koristi za izradu podloga mora imati homogen sastav, glatku površinu (sa završnom obradom 12-14), imati visoku električnu i mehaničku čvrstoću, biti kemijski inertan, imati visoku otpornost na toplinu i toplinsku provodljivost, koeficijente toplinske ekspanzije materijala podloge i nanesenog filma treba da budu bliske vrednosti. Sasvim je jasno da je gotovo nemoguće odabrati materijale za podloge koji bi podjednako zadovoljili sve navedene zahtjeve.

Kao podloge za hibridne IC-ove koristim staklokeramiku, fotoital, visokoaluminijsku i berilijumsku keramiku, staklo, polikor, poliimid, kao i metale obložene dielektričnim filmom.

Sitali su staklokeramički materijali dobijeni termičkom obradom (kristalizacijom) stakla. Najviše staklokeramike dobijeno je u sistemima Li2O-Al2O3-SiO2-TiO2 i RO-Al2O3-SiO2-TiO2 (CO tip CaO, MgO, BaO).

Za razliku od većine vatrostalnih kristalnih materijala visoke čvrstoće, staklokeramika ima dobru fleksibilnost tokom formiranja. Može se presovati, izvlačiti, valjati i centrifugalno liveti, a može izdržati nagle promjene temperature. Ima male dielektrične gubitke, električna čvrstoća nije inferiorna u odnosu na najbolje vrste vakuumske keramike, a mehanička čvrstoća je 2-3 puta jača od stakla. Sital je neporozan, gasootporan i ima neznatnu evoluciju gasa na visokim temperaturama.

Budući da je staklena keramika višefazne strukture, kada je izložena različitim hemijskim reagensima koji se koriste, na primjer, za čišćenje površine podloge od onečišćenja, moguće je duboko selektivno jetkanje pojedinih faza, što dovodi do stvaranja oštrog i dubokog reljefa. na površini podloge. Prisustvo hrapavosti na površini podloge smanjuje ponovljivost parametara i pouzdanost tankoslojnih otpornika i kondenzatora. Stoga, da bi se smanjila visina i izgladile ivice mikro-neravnina, ponekad se nanosi temeljni sloj materijala s dobrim dielektričnim i adhezivnim svojstvima, kao i ujednačene strukture (na primjer, sloj silicijum monoksida debljine nekoliko mikrona). na podlogu.

Od stakala kao podloge se koriste amorfna silikatna stakla, bezalkalno staklo C48-3, borosilikatno i kvarcno staklo. Silikatna stakla se dobivaju iz tekućeg rastapanja oksida njihovim prehlađenjem, čime je očuvana struktura tekućine, odnosno karakteristično amorfno stanje. Iako stakla sadrže područja sa kristalnom fazom - kristalite, oni su nasumično raspoređeni po cijeloj strukturi, zauzimaju mali dio volumena i nemaju značajan utjecaj na amorfnu prirodu stakla.

Kvarcno staklo je jednokomponentno silikatno staklo, koje se gotovo u potpunosti sastoji od silicija i dobijeno topljenjem njegovih prirodnih varijanti. Ima vrlo nizak koeficijent toplinske ekspanzije, što određuje njegovu izuzetno visoku otpornost na toplinu. U poređenju sa drugim staklima, kvarcno staklo je inertno na dejstvo većine hemijskih reagensa. Organske i mineralne kiseline (sa izuzetkom fluorovodonične i fosforne kiseline) bilo koje koncentracije, čak i na povišenim temperaturama, gotovo da nemaju efekta na kvarcno staklo.

Keramičke podloge su ograničene upotrebe zbog svoje visoke poroznosti. Prednosti ovih podloga su visoka čvrstoća i toplotna provodljivost. Na primjer, keramička podloga na bazi BeO ima 200-250 puta veću toplotnu provodljivost od stakla, pa je u intenzivnim termičkim uslovima preporučljivo koristiti berilijumsku keramiku. Uz berilijsku keramiku koristi se keramika s visokim sadržajem glinice (94% Al2Oz), gusti aluminij oksid, steatitna keramika i glazirana keramika na bazi aluminij oksida. Treba napomenuti da su glazure debljine manje od 100 mikrona i stoga ne pružaju vidljivu barijeru između filma i podloge pri niskim razinama snage. Mikrohrapavost neobrađene keramike je stotine puta veća od staklene, dostižući nekoliko hiljada angstrema. One se mogu značajno smanjiti poliranjem, ali to značajno onečišćuje keramičku površinu.

Prisutnost zagađivača na podlozi ima značajan utjecaj i na adheziju i na električna svojstva filmova. Stoga je prije taloženja potrebno temeljno očistiti podloge, kao i zaštititi ih od mogućnosti pojave uljnih filmova koji mogu nastati kao rezultat migracije para radnog fluida iz pumpi. Efikasna metoda čišćenja je jonsko bombardovanje površine supstrata u plazmi užarenog pražnjenja. U tu svrhu, u radnoj komori vakuumske instalacije obično su predviđene posebne elektrode, na koje se napon od nekoliko kilovolti dovodi iz visokonaponskog izvora male snage. Elektrode se najčešće izrađuju od aluminija jer ima najmanju stopu raspršivanja katode među metalima.

Treba imati na umu da čak i manja kontaminacija može u potpunosti promijeniti uvjete rasta filma. Ako su kontaminanti locirani na podlozi u obliku malih otočića izolovanih jedan od drugog, tada ovisno o tome koja je energija vezivanja veća: između filmskog materijala i kontaminantnog materijala ili između filmskog materijala i podloge, film se može formirati ili na ovim otocima ili na golim dijelovima podloge.

Adhezija filma u velikoj mjeri ovisi o prisutnosti oksidnog sloja, koji može nastati tijekom procesa taloženja između filma i podloge. Takav oksidni sloj nastaje, na primjer, tokom taloženja željeza i nihroma, što objašnjava dobro prianjanje ovih filmova. Filmovi napravljeni od zlata, koje nije podložno oksidaciji, slabo prianjaju, pa se stoga između zlata i podloge mora stvoriti srednji podsloj materijala sa visokim prionjivanjem. Poželjno je da se nastali oksidni sloj koncentriše između filma i podloge. Ako je oksid raspršen kroz film ili se nalazi na njegovoj površini, tada se svojstva filma mogu značajno promijeniti. Na stvaranje oksida snažno utiče sastav zaostalih gasova u radnoj zapremini instalacije, a posebno prisustvo vodene pare.

5.Thin film otpornici

Materijali koji se koriste u proizvodnji otpornih filmova moraju osigurati mogućnost dobivanja širokog raspona vremenski stabilnih otpornika s niskim temperaturnim koeficijentom otpornosti (TCR), dobro prianjanje, visoku otpornost na koroziju i otpornost na dugotrajno izlaganje povišenim temperaturama. Kada se materijal nanese na podlogu, treba formirati tanke, jasne linije složene konfiguracije sa dobrom ponovljivošću uzorka od uzorka do uzorka.

Otporni filmovi najčešće imaju fino zrnastu dispergiranu strukturu. Prisustvo disperzije r, struktura filmova omogućava, u prvoj aproksimaciji, da se njihov električni otpor razmotri kao ukupni otpor pojedinačnih granula i barijera između njih, pri čemu priroda ukupnog otpora određuje veličinu i znak TK. .S. Tako, na primjer, ako je otpor samih zrna dominantan, tada je vodljivost filma metalne prirode i TCR će biti pozitivan. S druge strane, ako je otpor posljedica prolaska elektrona kroz praznine između zrna (što se obično događa kod malih debljina filma), tada će provodljivost biti poluvodičke prirode i TCR će prema tome biti negativan.

Monolitna IC proizvodnja prvenstveno koristi otpornike visoke impedanse Da bi otpornici bili što manji, moraju biti proizvedeni na istoj rezoluciji i toleranciji kao i ostali IC elementi. To isključuje korištenje slobodnih metalnih maski za dobivanje potrebne konfiguracije otpornika i omogućava da se to izvede samo pomoću fotolitografije.

Prilikom proizvodnje monolitnih mikroelektronskih sklopova korištenjem kombinirane tehnologije, postaje neophodno postaviti otpornike visokog otpora otpornosti do nekoliko megaoma na relativno malu površinu kristala, što se može postići samo ako materijal otpornika ima Rs. (10--20) kOhm/ c. Proces izrade otpornika mora se kombinovati sa glavnim tehnološkim procesom proizvodnje celokupnog silikonskog IC-a planarnom ili epitaksijalno-planarnom tehnologijom. Na primjer, otporni filmovi ne bi trebali biti osjetljivi na prisustvo silicijum nitrida, fosfora, borosilikatnog stakla i drugih materijala koji se koriste u proizvodnji monolitnih IC-a na silicijumskoj pločici. Moraju izdržati relativno visoku temperaturu (500-550°C) koja se javlja tokom procesa IC zaptivanja, au nekim slučajevima ne smiju mijenjati svoja svojstva pod utjecajem oksidirajuće sredine. Monolitni IC-ovi uglavnom koriste nihrom i tantu za izradu otpornika.

U proizvodnji hibridnih IC-a koristi se mnogo širi raspon materijala tankoslojnih otpornika.

Kao folije niskog otpora sa Rs od 10 do 300 Ohma. Koriste se folije hroma, nihroma i t-tal. Proizvodnja hromnih filmova sa reproducibilnim elektrofizičkim svojstvima donekle je komplikovana njegovom sposobnošću da formira spojeve (posebno oksidne) pri interakciji sa zaostalim gasovima tokom isparavanja i taloženja. Otpornici na bazi legure hrom-nikl (20% Cr i 80% Ni) imaju znatno stabilnije karakteristike, zbog prisustva različitih strukturnih modifikacija, imaju veoma širok raspon površinskih otpora (od nekoliko Ohm/s za jedan). -tantal do nekoliko MOhm/s za tantal niske gustine ) Tantal nitrid se također koristi kao visoko stabilan otporni materijal.

Značajno proširenje nosivosti otpornika postiže se upotrebom metalokeramičkih filmova i filmova od silicida nekih metala. oksidi nekih metaloida, koriste se kao dielektrik. Filmovi napravljeni od disilicida hroma, kao i filmovi napravljeni od legure silicijuma, hroma i nikla, imaju Rs do 5 kOhm/s; za filmove zasnovane na sistemi hrom --- silicijum monoksid Rs, u zavisnosti od sadržaja hroma, može varirati od jedinica do stotina Ohma/s.

6. Tanki film kondenzatori

Tankoslojni kondenzatori, unatoč prividnoj jednostavnosti troslojne strukture, najkompleksniji su i najzahtjevniji u usporedbi s drugim filmskim pasivnim elementima.

Za razliku od otpornika, podmetača i prekidača, pri čijoj je izradi dovoljno nanijeti jedan ili dva sloja (podsloj i sloj), proizvodnja tankoslojnih kondenzatora zahtijeva nanošenje najmanje tri sloja: donje ploče, dielektrične folije i gornja ploča (upotreba više ploča komplicira proces proizvodnje kondenzatora i povećava njihovu cijenu).

Materijal koji se koristi za proizvodnju dielektričnih filmova mora imati dobro prianjanje na metal koji se koristi za ploče kondenzatora, biti gust i ne podložan mehaničkom razaranju kada je izložen temperaturnim ciklusima, imati visok probojni napon i niske dielektrične gubitke, imati visok dielektrik konstantne, ne raspadaju se tokom procesa isparavanja i taloženja i imaju minimalnu higroskopnost.

Najčešći materijali koji se koriste kao dielektrici u filmskim kondenzatorima su silicijum monoksid (Si0) i germanijum monoksid (GeO). Poslednjih godina u tu svrhu se koriste aluminosilikatna, borosilikatna i antimonidogermanijumska stakla.

Dielektrici koji najviše obećavaju su kompozitna staklena jedinjenja, jer imaju sposobnost da mijenjaju elektrofizička, fizičko-hemijska i termodinamička svojstva u širokom rasponu odabirom sastava stakla i implementacijom karakteristika agregativnog stanja staklastih sistema u tankoslojnom metalu. -dielektrično-metalne konstrukcije.

7. Filmovi tantala i njegovih spojeva

Posljednjih godina filmovi od tantala i njegovih spojeva postali su sve rašireniji u proizvodnji filmskih elemenata integriranih kola. Izbor tantala kao polaznog materijala u velikoj se mjeri objašnjava činjenicom da, ovisno o uvjetima za dobivanje talalum filmova, oni mogu imati različitu strukturu i, shodno tome, mijenjati i svoju otpornost i temperaturni koeficijent u širokim granicama.

Što se tiče kristalne strukture i električnih svojstava, b-tantalni filmovi su najbliži uzorku u masi, imaju grubo-kristalnu strukturu usredsređenu na tijelo i imaju relativno nisku otpornost (20-40 μOhm-cm). Za razliku od k-tantala, p-tantal, koji ima tetragonalnu fino-kristalnu strukturu i otpornost od 160-200 km Ohm*cm, nije pronađen u masivnim uzorcima. Ova metastabilna modifikacija tantala karakteristična je samo za tanke filmove.

Proizvodnja filmova od b - i c - tantala obično se vrši katodnim raspršivanjem pri naponu od 4--5 kV i gustoći struje od 0,1--1 mA/cm2. Ako smanjite napon i ne povećate pritisak argona, struja pražnjenja će se smanjiti, što će dovesti do značajnog smanjenja brzine taloženja. Ovo proizvodi filmove male gustine, koji imaju visoko poroznu strukturu sa veličinom pora od (4--7)-10-3 µm, koji se sastoje od većeg broja k- ili p-tantalnih zrnaca veličine kristala (3--5). ) * 10-2 µm. Visoka poroznost filmova i pojava sistema metal-dielektrične mješavine uzrokuju anomalan porast otpornosti (oko 200 puta u odnosu na b-tantal) i promjenu njegovog temperaturnog koeficijenta. Ako se argonu doda dušik u količini koja znatno premašuje pozadinu zaostalih plinova, mogu se dobiti filmovi tantal nitrida koji imaju dva stabilna stanja Ta2N i TaN s različitim kristalnim strukturama i električnim svojstvima.

Prisutnost nekoliko modifikacija tantala (b- i b-tantal, tantal niske gustine) i njegovog nitrida omogućava odabir različitih topoloških rješenja pri projektovanju pasivnog dijela mikrokola.

Čisti b-tantal, zbog velikih mehaničkih naprezanja u filmu i lošeg prianjanja na podlogu, nije našao široku primjenu u proizvodnji RC elemenata mikro krugova, b-tantal se koristi za izradu donjih ploča kondenzatora i djelomično za proizvodnju otpornika. Tantal nitrid i tantal male gustine koriste se za izradu otpornika. Praktična vrijednost tantala male gustoće leži u mogućnosti dobivanja visoko stabilnih tankoslojnih otpornika (od 10 kOhm do nekoliko megaoma) koji su male veličine i jednostavne konfiguracije. Tankofilni kondenzatori se mogu mnogo lakše napraviti od tantala male gustine, jer se u ovom slučaju gornja elektroda, kao i donja, mogu dobiti raspršivanjem tantala, dok se pri upotrebi tantala normalne gustine pokušava dobiti gornja elektroda. elektroda na ovaj način često dovodi do oštećenja dielektričnog sloja. Osim toga, tantal niske gustoće omogućava proizvodnju RC kola sa raspoređenim parametrima i podesivom vrijednošću otpornika, koji se može koristiti kao gornja elektroda kondenzatora.

Tantal pentoksid (Ta2O5), dobijen elektrolitičkom ili plazma anodizacijom, ima male dielektrične gubitke i može se koristiti i kao dielektrik za kondenzator i kao izolator ili zaštitni sloj za otpornik. Osim toga, eloksiranje se može koristiti za precizno podešavanje vrijednosti kondenzatora i otpornika. Upotreba ionskog jetkanja, kao i topljivost tantal nitrida, čistog tantala i njegovih oksida u raznim jetkačima, omogućava korištenje različitih metoda za dobivanje potrebne konfiguracije mikro krugova.

Tako je na bazi tantala moguće osigurati grupnu proizvodnju pasivnih elemenata (otpornika, kondenzatora, spojnih provodnika i kontaktnih pločica) sa koncentrisanim i raspoređenim parametrima, koji po svojoj složenosti nisu inferiorni elementima napravljenim na bazi drugih materijala, ali istovremeno imaju znatno veću tačnost, stabilnost i pouzdanost. Svestranost tantala i nedostatak potrebe za korištenjem drugih materijala ukazuju na to da se velika većina pasivnih IC elemenata može proizvesti na osnovu „tantalske tehnologije“.

Zaključak

Sadašnju fazu razvoja integrisane elektronike karakterišu tendencije daljeg povećanja radnih frekvencija i smanjenja vremena uključivanja, povećanja pouzdanosti i smanjenja troškova materijala i procesa proizvodnje IC.

Smanjenje troškova integrisanih kola zahteva razvoj kvalitativno novih principa za njihovu proizvodnju korišćenjem procesa zasnovanih na sličnim fizičkim i hemijskim pojavama, što je, s jedne strane, preduslov za naknadnu integraciju homogenih tehnoloških operacija proizvodnog ciklusa i, sa druge strane, otvara fundamentalnu mogućnost kontrole svih operacija sa računara. Potrebu za kvalitativnim promjenama u tehnologiji i tehničkom preopremanju industrije diktira i prelazak na sljedeću fazu razvoja mikroelektronike - funkcionalnu elektroniku, koja se zasniva na optičkim, magnetskim, površinskim i plazma fenomenima, faznim prijelazima, elektronskim -fononske interakcije, efekti akumulacije i prijenosa naboja, itd.

Kriterijum „progresivnosti“ tehnološkog procesa, uz poboljšanje parametara i karakteristika samog proizvoda, jeste visoka ekonomska efikasnost, određena nizom privatnih, međusobno povezanih kriterijuma koji obezbeđuju mogućnost izgradnje kompleta potpuno automatizovanih. , oprema visokih performansi sa dugim vijekom trajanja.

Najvažniji posebni kriterijumi su:

univerzalnost, tj. sposobnost izvođenja cijelog (ili velikog broja operacija) proizvodnog ciklusa korištenjem istih tehnoloških metoda;

kontinuitet, koji je preduslov za naknadnu integraciju (kombinaciju) većeg broja tehnoloških operacija proizvodnog ciklusa, u kombinaciji sa mogućnošću korišćenja istovremene grupne obrade značajnog broja proizvoda ili poluproizvoda;

velika brzina svih glavnih operacija tehnološkog procesa ili mogućnost njihovog intenziviranja, na primjer, kao rezultat izlaganja električnim i magnetskim poljima, laserskom zračenju itd.;

ponovljivost parametara u svakoj operaciji i visok procenat prinosa i poluproizvoda i odgovarajućih proizvoda;

proizvodnost dizajna proizvoda ili poluproizvoda koji zadovoljava zahtjeve automatizirane proizvodnje (mogućnost automatiziranog utovara, baziranja, ugradnje, montaže i sl.), što treba da se ogleda u jednostavnosti forme, kao i ograničenosti tolerancije za ukupne i osnovne dimenzije;

formalizacija, odnosno mogućnost izrade (na osnovu analitičkih zavisnosti parametara proizvoda od parametara tehnološkog procesa) matematičkog opisa (algoritma) svake tehnološke operacije i naknadne kontrole celokupnog tehnološkog procesa pomoću računara;

prilagodljivost (vitalnost) procesa, odnosno sposobnost dugotrajnog postojanja u uslovima kontinuiranog nastajanja i razvoja novih konkurentskih procesa i sposobnost brze rekonstrukcije opreme za proizvodnju novih vrsta proizvoda bez značajnih kapitalnih troškova.

Većinu navedenih kriterija zadovoljavaju procesi koji koriste elektronske i ionske pojave koje se javljaju u vakuumu i razrijeđenim plinovima, uz pomoć kojih je moguće proizvesti:

ionsko raspršivanje metala, legura, dielektrika i poluprovodnika u cilju dobijanja filmova različitih debljina i sastava, međuspoja, kapacitivnih struktura, međuslojne izolacije, međuslojnog ožičenja;

ionsko jetkanje metala, legura, poluvodiča i dielektrika u cilju uklanjanja pojedinačnih lokaliziranih područja prilikom dobivanja IC konfiguracije;

eloksiranje plazmom za dobivanje oksidnih filmova;

polimerizacija organskih filmova u područjima ozračenim elektronima kako bi se dobili organski izolacijski slojevi;

čišćenje i poliranje površine podloga;

uzgoj monokristala;

isparavanje materijala (uključujući vatrostalne) i rekristalizacija filmova;

mikro mljevenje filmova;

mikro zavarivanje i mikro lemljenje za spajanje IC vodova, kao i kućišta za brtvljenje;

beskontaktne metode za praćenje parametara IC.

Zajedničkost fizičkih i hemijskih pojava na kojima se zasnivaju navedeni procesi pokazuje fundamentalnu mogućnost njihove naknadne integracije u cilju stvaranja nove tehnološke osnove za automatizovanu proizvodnju integrisanih kola i funkcionalnih elektronskih uređaja visokih performansi.

Objavljeno na Allbest.ru

...

Slični dokumenti

Kratka istorijska pozadina razvoja integrisanih kola. Američki i sovjetski naučnici koji su dali ogroman doprinos razvoju i daljem razvoju integrisanih kola. Kupci i potrošači prvih razvoja mikroelektronike i TS R12-2.

sažetak, dodan 26.01.2013

Stvaranje integrisanih kola i razvoj mikroelektronike širom sveta. Proizvodnja jeftinih elemenata elektronske opreme. Glavne grupe integrisanih kola. Kreiranje prvog integrisanog kola od strane Kilbyja. Prva poluvodička integrirana kola u SSSR-u.

sažetak, dodan 22.01.2013

Kratke tehničke informacije o proizvodu KR1095 PP1, namjena ulaza i izlaza, proces proizvodnje. Uloga vezne metalizacije u proizvodnji integrisanih sistema i mehanizama otkaza kao rezultat elektromigracije. Razvoj magnetronskih sistema.

teza, dodana 25.05.2009

Topologija i elementi MOS tranzistora sa Šotkijevom diodom. Redoslijed tehnoloških operacija njegove proizvodnje. Razvoj tehnološkog procesa za proizvodnju poluvodičkih integriranih kola. Karakteristike upotrijebljenih materijala i reagensa.

kurs, dodan 12.06.2012

Princip rada poluvodičkih dioda, svojstva p-n spojeva, difuzija i formiranje blokirajućeg sloja. Upotreba dioda kao strujnih ispravljača, svojstva i primjena tranzistora. Klasifikacija i tehnologija proizvodnje integrisanih kola.

prezentacija, dodano 29.05.2010

Strukturni problemi termičkih uslova metalnih filmova poluprovodničkih integrisanih kola bez pakovanja: dijagram zagrevanja i proračun pouzdanosti idejnog projekta. Stopa kvarova dizajna i strukture metalizacionog provodnika.

sažetak, dodan 13.06.2009

Elektrofizička svojstva poluvodičkih materijala, njihova upotreba u proizvodnji poluvodičkih uređaja i mikroelektronskih uređaja. Osnove teorije pojasa čvrstih tijela. Energetski pojasevi poluprovodnika. Fizičke osnove nanoelektronike.

kurs, dodato 28.03.2016

Analiza tehnologije proizvodnje poluvodičkih ploča sa integriranim krugom - ove vrste mikro kola čiji su elementi izrađeni u prizemnom sloju poluvodičke podloge. Karakteristike monokristalnog silicijuma. Uzgoj monokristala.

kurs, dodan 03.12.2010

Pouzdanost elektronskih komponenti, kvar tunela u njima i metode za njegovo određivanje. Pouzdanost metalizacije i kontakata integrisanih kola, parametri njihove pouzdanosti. Mehanizam slučajnih kvarova dioda i bipolarnih tranzistora integriranih kola.

sažetak, dodan 12.10.2009

Planarizacija je niskotemperaturni proces u kojem se zaglađuje površinski reljef ploče. Defekti dvostepene metalizacije. Namjena provodnih slojeva u višeslojnoj metalizaciji. Multi-chip moduli tip MKM-D i MKM-A, karakteristike.