Главная
Коллекция "Otherreferats"
Производство и технологии
Контактные системы на арсениде галлия с повышенной надёжностью и воспроизводимостью
Контактные системы на арсениде галлия с повышенной надёжностью и воспроизводимостью
Анализ физико-химических процессов в токопроводящих системах с барьером Шоттки на арсениде галлия, механизмов деградации при воздействии дестабилизирующих факторов. Разработка конструкции малогабаритной ИК-печи для термообработки токопроводящих подложек.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 08.03.2011 |
| Размер файла | 4,7 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Время тренировки мишени также сильно влияет на v. Это объясняется тем, что мишень имеет пористую структуру и необходимо некоторое время для дегазации мишени. Обычно это происходит после 15 - 20 минут распыления последней.
Скорость нанесения влияет на v следующим образом. Vн варьировалась изменением тока на мишени при постоянном напряжении на аноде (UА=3кВ). Плёнки толщиной 100мм наносили на кремниевые подложки при комнатной температуре. Зависимость v от скорости нанесения представлена на рисунке 6.4 Такой характер зависимости можно объяснить следующим образом. При небольших скоростях нанесения повышенное значение v обуславливается большей степенью окисления растущей плёнки. Некоторое увеличение v при больших скоростях нанесения объясняется, по-видимому, уменьшением плотности плёнок.
Температура подложки в процессе нанесения плёнок оказывает большое влияние на удельное сопротивление плёнок, их структуру и адгезию. Плёнка TiB2 толщиной 100нм наносились на подложки из окисленного кремния. Температура подложки варьировалась от 100 до 600оС. Исходя из графика, приведённого на рисунке 6.5, v плёнки диборида титана незначительно зависит от температуры подложки, таким образом структура и состав плёнок практически не изменяется. Поэтому целесообразно наносить покрытия на холодные или подогретые до ~100оС подложки. Это даёт возможность формировать конфигурацию тонкоплёночных элементов методом обратной литографии.
Рисунок 6.3 - Влияние степени остаточного вакуума на v плёнок TiB2.
Рисунок 6.4 - Влияние скорости нанесения на v плёнки TiB2.
Рисунок 6.5 - Влияние температуры подложки на удельное объёмное сопротивление плёнки диборида титана (Ua=3kB; Im=75mA).
6.3 Исследование микроструктуры плёнок диборида титана
Одним из параметров, которые определяют как электрофизические, так и эксплуатационные параметры тонкопленочных покрытий является их структура. От микроструктуры плёнок зависит v, ТКС, стойкость к внешним воздействиям. Поэтому важно исследовать влияние технологических факторов на структуру плёнки диборида титана. В качестве таких факторов мы выберем температуру подложки и скорость нанесения.
Плёнки TiB2 наносились на скол поваренной соли. Толщина плёнок не превышала 50нм. Это необходимо для прохождения пучка электронов сквозь плёнки. Температура подложки не превышала 40оС. Электронограммы показывают, что плёнки диборидов имеют ярко выраженную аморфную структуру во всём диапазоне скоростей нанесения.
Для исследования влияния температуры плёнки толщиной 50нм наносили со скоростью 0,5нм/с на подложки NaCl с температурой 150 и 300оС. Электронограммы плёнок представлены на рисунке 4.6 Анализ электронограмм показывает, что структура плёнок TiB2 также является аморфной, хотя при 300оС в плёнках начинают происходить некоторые структурные изменения, растёт размер зерна, плёнка переходит в квазиаморфное состояние
Рисунок 6.6 - Электронограммы плёнок TiB2
А) Тп=150оС Б) Тп=300оС
Возможно, что при более высоких температурах подложки может образовываться и поликристаллическая структура. Однако выяснить нам это не представляется возможным, т.к. кристалл поваренной соли при Т450оС начинает разлагаться.
6.4 Исследование влияния термообработки на v и микроструктуру плёнок TiB2
Так как в технологический процесс формирования тонкопленочного покрытия обычно всегда входит стабилизирующий отжиг, то является необходимым исследование влияния термообработки на v и структуру плёнок диборида титана.
Термообработки плёнок осуществляли с помощью специальной ИК-печи, которая позволяла нагревать образцы до 900оС. Измерение температуры осуществляли термопарой хромель-алюмель. Термообработку проводили в вакууме не хуже 6,5·10-5мм. рт. ст. Нагрев осуществлялся со скоростью 20-25 оС в секунду, охлаждение 10-15 оС/с. Образцы отжигали в течении 30-60 мин. Воздух в печь напускался при температуре образцов не выше 100оС. На рисунке 6.7 приведены зависимости v плёнки TiB2 от температуры отжига.
Как видно из графика на рисунке 6.7 вплоть до температуры 900оС наблюдается незначительное (до 10%) уменьшение удельного объёмного сопротивления. При Т900оС сопротивление начинает резко уменьшаться. Это свидетельствует о значительных изменениях в структуре плёнок, т.е. превращению аморфной структуры в поликристалическую, т.е. происходит твёрдофазная рекристаллизация. На рисунке 6.8 представлены рентгенограммы плёнок TiB2 до и после термообработки. Они ещё раз подтверждают тот факт, что в плёнках произошла рекристаллизация.
Рисунок 6.7 - Зависимость v плёнки TiB2 от температуры отжига в вакууме в течении 60 минут.,
а) TiB2 без отжига
б) TiB2 - 900оС
Рисунок 6.8 - Рентгенограммы плёнок TiB2 до и после отжига при Т=900 оС в течении 60 минут
7. Разработка конструкции малогабаритной ИК-печи для термообработки токапроводящих подложек
Термические процессы играют не второстепенную роль в производстве всех видов изделий электронной техники. В последние десятилетия во многих отраслях промышленности всё шире распространяется инфракрасный (ИК) нагрев, который обеспечивает высокие скорости нагрева и охлаждения, высокую степень чистоты проведения процессов, малую инерционность, малую потребляемую мощность, высокую локальность нагрева и т.п. В данном дипломном проекте необходимо разработать малогабаритную ИК-печь для термообработки экспериментальных образцов покрытий, а также для отжига готовых ТПР.
7.1 Общая конструкция ИК-печи
Выбор оптимальной конструктивной схемы печи для определенной группы термических процессов является важным исходным моментом проектирования любой термической установки. В нашем случае объектом нагрева являются подложки небольшого размера (20х20 мм.). Следовательно, проводить термообработки таких подложек в стандартных системах ИК-нагрева неэффективно из-за большого расхода энергии, а также из-за затрат времени. Поэтому нами была разработана малогабаритная ИК-печь для отжига подложек при проведении исследований, которая показана на рисунке 7.1.
Печь состоит из двух частей: блока нагрева и корпуса. Блок нагрева представляет собой отражательную часть ИК-печи горизонтального типа. Источником излучения служит галогенная лампа накаливания (ГЛН) КГ - 1000 - 220 мощностью 1 кВт. Она расположена внутри отражателя, охлаждаемого проточной водой, что позволяет эксплуатировать лампу.
1 - отражатель; 2 - стенка; 3 - пластина; 4 - ИК-лампа; 5 - лепесток; 6 - основание; 7,10 - уплотнительные кольца; 8 - корпус; 9 - изолятор; 11 - держатель; 12 - радиатор
Рисунок 7.1 - Малогабаритная ИК - печь
Длительное время даже при максимальных тепловых нагрузках. По бокам отражателя присоединяются с помощью винтов две стенки с пластинами для крепления лампы. Сам отражатель припаян к основанию, которое посредством резиновой прокладки, изолятора и винта крепится к корпусу. Корпус представляет собой цилиндр небольшой высоты, который крепится вместе с отражателем и изолятором в вакуумной камере. Напряжение к ГЛН подаётся с помощью цилиндрических тоководов, которые поджимаются к контактам лампы с помощью пружинных лепестков. Верхняя плоскость отражателя имеет прямоугольное окно, на него помещается платформа из графита, на которой и располагается обрабатываемый образец. Температура контролируется термопарой, которая помещается в отверстие в графитовой платформе.
С целью осуществления проведения процессов отжига в вакууме ИК-печь монтируется в подколпачном объеме вакуумной камеры. Снизу к печи через штуцеры крепятся медные трубки, через которые поступает вода для ее охлаждения. Напряжение подавали на лампу через ЛАТР и контролировали с помощью цифрового вольтметра В7-27
7.2 Выбор конструкционных материалов
Выбор материалов для изготовления ИК-печи является очень важным с точки зрения обеспечения их эффективности и надёжности. Важнейшим конструктивным элементом печи, определяющим их КПД, тепловую инерционность и равномерную облученность объектов нагрева является рефлектор (отражатель). Обычно они изготавливаются из материалов и сплавов. Материал отражателя и стенок должен иметь высокую теплопроводность и высокий коэффициент отражения ИК-излучения. Очевидно что для изготовления отражателя хорошо подходит алюминий или медь и ее сплавы. Мы выбираем латунь ЛС59-1, т.к. она, в отличии от алюминия легко паяется и имеет более высокий коэффициент отражения (около 95 %), что позволит упростить конструкцию и обеспечить присоединение самого отражателя к основанию. Стенки изготавливаются из нержавеющей стали20Х18Н19 Также внутренняя часть отражателя и стенок покрывается серебром для увеличения коэффициента отражения. Т.к. отражательная способность рефлектора сильно зависит от степени шероховатости его параболической поверхности. Поэтому эту поверхность необходимо полировать до Ra=0,16-0,32 мкм. Остальная часть поверхности отражателя и стенок покрываются никелем, как для улучшения паяемости, так и для защиты от окисления.
Контакты к лампе изготавливаются из пружинной стали 50ХГ ГОСТ 14959-79.
Корпус печи изготавливается из стали легированной конструкционной 20Х18Н19Т ГОСТ 4543-71, которая хорошо обрабатывается резанием и не подвергается окислению и разрушению в агрессивных средах. Для прокладок используется резиновая смесь ИРП-1399.
Отражатель припаян с помощь припоя ПОС-6.
7.3 Расчет размерной цепи в сборке малогабаритной ИК-печи
И так пользуясь сборочным чертежом построим конструкторскую размерную цепь, включающую в себя основание, радиатор и изолятор. Будем вести расчет на определение зазора АД между этими деталями. Конструкторская цепь выбранных деталей изображена на рисунке 7.2.
Рисунок 7.2 - Конструкторская цепь для расчета
Размеры соответственно с допусками равны: А1= мм; А2=А3= мм; А4=А5= мм; А6=А7= мм; А8=. Размеры А1, А2, А3 - увеличивающие, остальные - уменьшающие.
Найдем номинальный размер замыкающего звена по формуле 4.1:
7 (7.1)
где - увеличивающий размер размерной цепи; - уменьшающий размер размерной цепи; m - общее количество звеньев размерной цепи, включая замыкающее звено; n - количество увеличивающих звеньев размерной цепи.
мм
Определим полное поле допуска по формуле 4.2:
( (7.2)
где о - передаточное отношение i - го звена, равное 1 для увеличивающего звена, и - 1 для уменьшающего;
дi - поле допуска i - го звена.
мм
Затем следует найти координату середины поля допуска, которая определяется по формуле 4.3:
(7.3)
где - координата середины поля допуска для увеличивающих звеньев; - координата середины поля допуска для уменьшающих звеньев.
мм
После этого определим верхнее и нижнее предельное отклонение соответственно по формулам 4.4 и 4.5:
(7.4)
(7.5)
где ДВi, ДHi - верхнее и нижнее отклонения составляющего звена соответственно.
Таким образом получили определили наличие зазора с полями допусков, равным АД=, это означает что сборка обеспечит предполагаемый зазор с полученной точностью, при заданных соответствующих размерах.
8. Обоснование выбора средств автоматизированного проектирования. Применение САПР в курсовом проектировании
Одной из важнейших задач конструирования РЭА является максимальное внедрение методов автоматизированного проектирования, что в итоге должно привести к минимальному участию человека в процессе создания конструкции. Основную работу по созданию конструкции проводит ЭВМ, оснащенная соответствующим информационным и программным
Проектирование РЭА и создание оптимального технического решения в сжатые сроки связано с трудностями, основными из которых являются;
невозможность учета человеком огромного количества разнообразных факторов, влияющих на техническое решение;
большая трудоемкость и стоимость изготовления макета изделия, особенно при интегральной технологии;
сложность имитации условий, в которых должна работать современная РЭА.
Один из путей преодоления этих трудностей без существенного увеличения численности работающих - использование возможностей современных ЭВМ, что позволяет заменить макет радиоэлектронного узла его математической моделью, комплекс измерительно-испытательного оборудования - программами анализа, оптимизации и испытаний, а затем обработать узел на ЭВМ при помощи этого математического комплекса.
В процессе проектирования возникает необходимость большого числа вычислений, обращения к стандартным алгоритмам решения типовых задач, увязки различных, зачастую противоречивых требований этапов функционального и конструкторского проектирования, а также проверки правильности результатов различных этапов проектирования. В связи с этим целесообразно объединить отдельные алгоритмы в единую автоматическую систему конструкторского проектирования (САПР КП), ориентированную на конкретную базу конструкций.
Необходимо иметь в виду, что изменение конструкторской базы требует переработки многих программ и алгоритмов существующих САПР. Разрабатываемые языки и системы программ должны быть по возможности универсальными и минимально зависящими от конструктивно-технологическими особенностей проектируемых модулей. Учитывая сложность программ, целесообразно разработку САПР ориентировать на РЭА определенного класса, используя иерархический принцип ее конструкций [8].
Также, при помощи системы AutoCAD 2007, были спроектированы сборочные чертежи применяемой мной оснастки и деталирование отдельных деталей оснастки.
Заключение
Проведенный анализ термостабильности токопроводящих систем с барьером Шоттки на арсениде галлия показал, что наиболее термостойкими являются контакты на основе диборидов тугоплавких переходных металлов. Была достигнута термостабильность в системе Al/TiB2/n-GaAs порядка 1123-1173 К при отжиге в вакууме в течении 20-30-мин. Использование быстрого термического отжига может повысить термостойкость до 1223 К. Для дальнейшего использования этих материалов в ТС необходимо исследовать распределение элементов в контактной системе, а также провести эксперименты для системы Au/TiB2/n-GaAs.
Список использованных источников
1. Дворина Л.А. Резистивные материалы на основе тугоплавких соединений для тонкопленочной технологии., Киев 1985
2. Мьюрарка Силициды для СБИС., М., Мир, 19864
3. Осипов К.А., Осипов Н.Ю., Боровик Т.Л., Лазарев Э.М. Структура и электрические свойства пленок TiB2., Изв. АНСССР, 1989, т.17, № 11, с. 2032-2037
4. Shappirio J. R., Finnegan J. J., Lux R. A., Fox D. S. Resistivity oxidation kinetics and diffusion barrier properties of thin film TiB2. - Thin Solid Films, 1994, v.119, Ni, p.23-30
5. Febrow B. Broader FPD applications, overcapacity will affect market // Solid State Technology. - 1996. - №5, May. - P.52,54,56.
6. Стриха В.И., Бузанева Е.В. Физические основы надежности контактов металл-полупроводник в интегральной электронике. - М.: Радио и связь, 1987.256с.
7. Тонкие пленки. Взаимная диффузия и реакции. Под ред. Дж. Поута, К. Ту, Дж. Мейера. - М., 1982,572с.
8. Баранцева О.Д., Дмитриева Л.Б. Влияние термообработки на параметры контактов с барьером Шоттки. - Диэлектрики и полупроводники, Киев, 1982, №21, с.94-97
9. Божков В.Г., Солдатенко К.В., Якутеня М.П. Межфазное взаимодействие в контактах арсенида галлия с металлами I группы и его связь с деградацией структур с барьером Шоттки. - Известия ВУЗов. Физика, 1985, №9, с.16-22
10. Божков В.Г., Заводчиков В.М., Солдатенко К.В. Влияние температурной обработки на характеристики диодов с барьером Шотки Pd-GaAs. - Электронная техника, сер.2. Полупроводниковые приборы, 1977, в.8, с.21-25
11. Ахинько И.А., Гольдберг Е.Я., Григорьев А.Т., Ильичев Э.А., Инкин В.Н., Липшиц Т.Л. Свойства барьеров Шоттки Nb/n-GaAs и NbN/n-GaAs. - Электронная техника. Сер.3. Микроэлектроника, 1990, в.1 (135), с.35-37
12. Телеш Е.В., Ширипов В.Я. Деградационные процессы в контактах Шоттки на арсениде галлия при высоких температурах и пути их уменьшения. Тезисы докладов IV Всесоюзного семинара "Пути повышения стабильности и надежности микроэлементов и микросхем", 16-18 июня 1987 г., г. Рязань.
13. 104. Конакова Р.В., Тхорик Ю.А., Хазан Л.С. Влияние внутренних механических напряжений на характеристики полупроводниковых СВЧ диодов. Тезисы докладов Всесоюзной конференции "Физика и применение контакта металл-полупроводник".16-19 ноября 1987г., г. Минск, с.95-97
Интернет-источники
1. http://sibpatent.ru - патентный раздел РФ.
2. http://fips.ru - федеральная служба по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам (роспатент).
3. http://www.uspto.gov - патентная БД Департамента коммерции правительства США (агенство по патентам и товарным знакам)
4. http://www.jpo. go. jp - реферативная патентная БД (PAJ), Япония.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Строение полупроводникового материала группы АIIIВV – GaAs, сравнение свойств арсенида галлия со свойствами кремния, способы получения, использование в качестве деталей транзисторов. Перспективы развития технологии изготовления приборов на его основе.
курсовая работа [2,6 M], добавлен 04.12.2012Рассмотрение применения вращающейся печи в огнеупорной промышленности для обжига глины на шамот. Характеристика физико-химических процессов, происходящих в печи. Подбор сырья и технологических параметров. Расчет процесса горения газа и тепловой расчёт.
курсовая работа [939,1 K], добавлен 25.06.2014Применение химических или физико-химических процессов переработки природных и синтетических высокомолекулярных соединений (полимеров) при производстве химических волокон. Полиамидные и полиэфирные волокна. Формования комплексных нитей из расплава.
дипломная работа [1,5 M], добавлен 20.11.2010Тепловой баланс электродной печи-ванны. Определение показателя эффективности работы конструкции. Расчет продолжительности нагрева заготовки, элементов сопротивления, размеров рабочего пространства печи. Вопросы экологии и безопасных условий труда.
курсовая работа [247,1 K], добавлен 10.02.2014Анализ современного оборудования хлебопекарных печей. Описание конструкции тупиковой конвейерной люлечно-подиковой печи средней мощности с электрообогревом. Принцип действия и режим работы. Определение габаритных размеров и установленной мощности.
курсовая работа [4,1 M], добавлен 16.02.2011Разработка режимов термической обработки пуансона из чугуна. Выбор основного и вспомогательного оборудования. Планировка участка и проектирование тележно-камерной печи для термообработки. Расчёт ее конструкции и теплового баланса. Выбор типа нагревателей.
курсовая работа [3,1 M], добавлен 11.06.2013Физико-химическое содержание процессов, протекающих в шахте печи. Оптимизация процессов ПВП в отстойной зоне. Методы первичной обработки технологических газов в аптейке. Устройство печи для плавки во взвешенном состоянии на подогретом воздушном дутье.
курсовая работа [341,7 K], добавлен 12.07.2012Технологическое оснащение процесса: конструкции, особенности печей; оборудование для коксовой батареи. Состав оборудования анкеража. Схема армирования кладки коксовых печей. Характеристика химических, физико-химических и физико-механических свойств кокса.
реферат [1,7 M], добавлен 15.06.2010Электрохимическое шлифование алмазными или абразивными кругами на токопроводящих металлических связках. Инструмент, электролиты и оборудование для шлифования. Заточка инструментов из твердых сплавов. Обработка деталей из магнитотвердых материалов.
реферат [34,4 K], добавлен 14.12.2010Субтрактивный метод как наиболее распространенный для простых и сложных конструкций печатных плат. Схема стандартного субтрактивного (химического) метода. Механическое формирование зазоров (оконтуривание проводников). Нанесение токопроводящих красок.
реферат [5,6 M], добавлен 01.08.2009
