|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
|
|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ПРАКТИЧЕСКИХ (СЕМИНАРСКИХ) ЗАНЯТИЙ,
ИХ СОДЕРЖАНИЕ И ОБЪЕМ В ЧАСАХ Данный вид занятий учебным планом не предусмотрен
ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ, ИХ НАИМЕНОВАНИЕ И ОБЪЕМ В ЧАСАХ
КУРСОВАЯ РАБОТА, ЕЕ ХАРАКТЕРИСТИКА Данный вид занятий учебным планом не предусмотрен ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ КУРСОВЫХ ПРОЕКТОВ (РАБОТ) Данный вид занятий учебным планом не предусмотрен
5. ЛИТЕРАТУРА ОСНОВНАЯ 1. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.В. Материаловедение: Учебник для вузов. – М.: Машиностроение. 1990. – 528 с. 2. Технология изделий интегральной электроники: учеб. пособие для студентов радиотехн. спец. вузов / Л.П. Ануфриев [и др.]; под общей ред. А.П. Достанко и Л.И. Гурского. – Минск: Амалфея, 2010. – 536с.: ил. 3. Материаловедение и конструкционные материалы: Уч. пособие для вузов / Под ред. В.А. Белого. – Мн.: Выш. шк. 1989. – 461 с. 4. В.Н. Черняев. Физико-химические процессы в технологии РЭА / В.Н. Черняев. – М: Высш.шк., 1987. – 376с.
Дополнительная 5. Материаловедение. Учебник для вузов / Б.Н. Арзамасов и др.: Под общ. ред. Б.Н. Арзамасова. – М.: Машиностроение. 1986. – 384 с. 6. Горелик С.С., Дашевский М.Я. Материаловедение полупроводников и диэлектриков: Учебник для вузов. – М.: Металлурги. 1988. – 574 с. 7. Гуляев А.П. Металловедение: Учебник для вузов. - М.: Металлургия. 1986. – 647 с. 8. Пасынков В.В., Сорокин В.С. Материалы электронной техники. – СПб.: Лань. 2001. – 368 с 9. Материаловедение микроэлектронной техники: Учеб. пособие для вузов / Под ред. В.М. Андреева. – М.: Радио и связь. 1989. – 349 с. 10. Справочник по электротехническим материалам. В 3‑ х томах / Ю.В. Корицкий и др. – М.: Энергоатомиздат. 1986. – 836с. 11. Благородные металлы. Справ.изд. / Под ред. Савицкого Е.М. – М.: Металлургия, 1984. 592с. 12. Гаврилов С.А. Электрохимические процессы в технологии микро- и наноэлектроники / С.А. Гаврилов, А.Н. Белов – М.: Высшее образование 2209. – 257 с. 13. Достанко А.П. Технология интегральных схем: учеб. пособие для радиотехн. спец. вузов / А.П. Достанко. – Минск: Высш.шк., 1982. – 206с. 14. Интенсификация процессов формирование твердотельных структур концентрированными потоками энергии: монография / А.П. Достанко [и др.]; под общ.ред. А.П. Достанко и Н.К. Толочко. – Минск: Бестпринт. 2005 – 682с. 15. Плазменные процессы в производстве изделий электронной техники. В 3-х т. / А.П. Достанко, С.М. Завадский, С.В. Бордусов и др.; под общ.ред. А.П. Достанко. – Минск: ФУАинформ, 2000-2001., - 960с. 16. Журавлева Л.В. Электроматериаловедение: Учеб. пособие для сред. проф. образования – М.: ПрофОбрИздат, 2001. – 312с. 17. Дж.Фрайден /Современные датчики. Справочник. 2006-592 с. 18. Пасынков В.В., Сорокин В.С. Материалы электронной техники: Учеб. для студ. вузов по спец. электронной техники. 3-е изд. – СПб.: Издательство «Лань», 2001. – 368., ил. 19. Материаловедение. Технология конструкционных материалов: Учеб. пособие для студ. вузов / под ред. В.С. Чередниченко. – 4-е изд., стер. – Москва: Издательство «Омега-Л», 2008. – 752с., ил., табл. 20. Витязь П.А., Свидунович Н.А. Основы нанотехнологий и наноматериалов. 2010 21. Точицкий Э.И. / Кристаллизация и термообработка тонких плёнок. 1976 22. Достанко А.П. /Электрофизические процессы и оборудование в технологии микро-и наноструктур. 2011 23. А.Ф. Ильющенко, А.П. Достанко / Процессы плазменного нанесенпя покрытий. 1999 24. Достанко А.П./ Технологические процессы и системы в микроэлектронике. 2009 25. Ланин В.Л./ Формирование токопроводящих контактных соединений в изделиях электроники. 2007 26. В.В. Василевич/ Фотоэлектрическое преобразование солнечной энергии. 2008 ПЕРЕЧЕНЬ КОМПЬЮТЕРНЫХ ПРОГРАММ, НАГЛЯДНЫХ И ДРУГИХ ПОСОБИЙ, МЕТОДИЧЕСКИХ УКАЗАНИЙ И МАТЕРИАЛОВ И ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ОБУЧЕНИЯ Включаются только те, использование которых предусмотрено методической концепцией преподавания дисциплины на кафедре. 1. Статистический анализ HISTOGRAM; 2. Моделирование процесса наладки SOLDERING; 3. Моделирование процесса сварки WELDING; 4. Моделирование диффузии DFUSS; 5. Установки вакуумного напыления ВУ-1А, ВУ-2М, УРМ 279.017, ВУП-1; 6. Установка скайбирования «Алмаз-М»; 7. Установка контактной фотолитографии «Карл-Цейс»; 8. Установка ионного легирования Лада-30М; 9. Установка «Изотрон-4-150»; 10. Оптический микроскоп Micro-200; 11. Автомат сварки выводов ЭМ-4020Б; 12. Электронный микроскоп ЭМ-125; 13. Атомно-силовой микроскоп NT-206; 14. Измеритель микротвердости Leica VMHTMOT; 15. Измеритель удельного сопротивления ИУС-3; 16. Установка СВЧ-травления фоторезиста; 17. Стенд «Вакуумные датчики»; 18. Стенд «Технологическая оснастка для вакуумных процессов»; 19. Стенд «Технологическая оснастка для термических процессов»; 20. Стенд «Кварцевые реакторы»; 21. Планшет «ИК-нагрев в технологии РЭА»; 22. Планшет «Испарители»; 23. Планшет «Кремниевые подложки»; 24. Ионный источник «Радикал», электронно-лучевой испаритель; 25. Рекламные проспекты фирм “Leybold-Heraeus”, “Balzers”, “Edwards”, “Alcatel”, “Izovac”; 26. Автомат герметизации АГ-4; 27. Стенд «Знания – основа мировой известности»; 28. Стенд филиала кафедры ЭТТ на ОАО «Интеграл»; 29. Стенд «Успех в науке – путь к всемирному признанию»; 30. Стенд филиала кафедры ЭТТ на заводе «Транзистор» ОАО «Интеграл»; 31. Стенд «Эволюция специальностей кафедры ЭТТ»; 32. Стенд «Сотрудники кафедры ЭТТ – лауреаты премий»; 33. Стенд «Научно-исследовательская работа кафедры ЭТТ»; 34. Стенд «Структура управления кафедрой ЭТТ». УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКАЯ КАРТА ДИСЦИПЛИНЫ
Протокол согласования учЕбной программы по изучаемой учебной дисциплине С ДРУГИМИ ДИСЦИПЛИНАМИ СПЕЦИАЛЬНОСТИ
Зав. кафедрой А.П. Достанко (ФИО, подпись)
ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ТЕХНОЛОГИИ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ Многостадийная технология ИС наряду с разработкой конкретных технологических процессов связана с решением целого комплекса задач общего характера. Большая часть из них относится к выбору материалов, технологических сред и принципов управляемого воздействия на твердые тела; прогнозированию технологических процессов и оборудования; контролю, интенсификации и автоматизации технологических процессов и др. Стремление к сохранению здоровья человека, улучшению условий труда и увеличению степени интеграции ИС требует постоянного соблюдения техники безопасности и улучшения технологической гигиены на производстве.
1.1. КЛАССИФИКАЦИЯ ИС И ИХ БАЗОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
Существующее большое количество ИС можно классифицировать по различным признакам, например функциональному назначению, количеству элементов в одном кристалле, структуре базового элемента, характеру обрабатываемой информации и др. (рис. 1.1). По характеру обработки электрического сигнала ИС делятся на два больших класса: логические (цифровые) и линейные (аналоговые). Дальнейшее разделение этих классов схем связано, как правило, с конкретным применением их в аппаратуре и степенью интеграции. Степень интеграции определяется величиной, равной десятичному логарифму от числа элементов на одном кристалле. Иногда под степенью интеграции понимают количество элементов на кристалле. Интегральными схемами 1-й и 2-й степени интеграции принято называть схемы с малой и средней степенью интеграции (МИС и СИС), 3-й и 4-й степени интеграции — большими ИС (БИС), 5-й степени и выше — схемами со сверхбольшой степенью интеграции (СБИС). К МИС и СИС относят стандартные логические ИС: резисторно-транзисторной логики (РТЛ), диодно-транзисторной логики (ДТЛ), транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ), схемы с диодами Шоттки (ТТЛШ), со связанными эмиттерами (ЭСЛ) и часть комплементарных металл—окисел—полупроводник интегральных схем (КМОП ИС). Логические БИС и СБИС объединяют микропроцессоры, микрокомпьютеры, запоминающие устройства (ЗУ). К ним также относят периферийные БИС и специализированные БИС, осуществляющие функции контроллеров внешних устройств, и логические схемы устройств ввода-вывода. Разновидности, функциональные особенности и основные параметры ЗУ приведены на рис. 1.2. Развитие современной науки и техники потребовало разработки специализированных БИС, многие из которых уже выпускаются в больших количествах.
К ним прежде всего относятся БИС для калькуляторов, наручных электронных часов, развлекательной аппаратуры (электронные игры, синтезаторы речи и др.), средств связи, интерфейсы и многие другие. Количество и номенклатура БИС непрерывно возрастают, что требует значительных затрат. В последнее время ведутся работы по сокращению номенклатуры БИС путем применения программируемых БИС. К этим схемам относят приборы на программируемых логических вентилях (матрицах) ПЛМ, простые микро-ЭВМ, программируемые генераторы логических последовательностей и др. Подавляющее число логических ИС выпускают монолитными, в то время как линейные ИС в основном изготавливают по гибридной технологии. По структуре базового элемента различают биполярные и униполярные ИС. В основе биполярных ИС лежат п—р—п-и р—п—р диффузионные транзисторы (см. рис. 1.1). Типовая конструкция базового п—р—п - транзистора приведена на рис. 1.3, а. Одним из наиболее перспективных направлений развития цифровых БИС являются ИС с инжекционным питанием. По сравнению со всеми известными ИС на биполярных транзисторах они содержат минимальное число элементов и внутрисхемных соединений, не имеют резисторов в логических и запоминающих ячейках, не требуют индивидуальной изоляции элементов и даже ячеек. Практически все внутрисхемные соединения, кроме шин питания, используются для создания функциональных связей, в то время как в обычных схемах их значительная часть представляет собой соединения элементов внутри ячеек. Все это позволяет существенно увеличить степень интеграции при сохранении стандартного технологического процесса без уменьшения размеров диффузионных областей и допусков на совмещение.
В схемах с инжекционным питанием энергия, необходимая для преобразования или хранения информации, вводится инжекцией неравновесных носителей в базу через специальный инжекторный переход, смещаемый в прямом направлении. Поэтому напряжение питания может быть уменьшено до величины, соответствующей прямому напряжению на переходе (0, 6—0, 7 В для кремниевых переходов и 0, 3—0, 4 В для германиевых). В связи с этим рассеиваемая мощность близка к нижнему теоретическому пределу для схем, содержащих переходы, которые имеют рекордно низкую работу переключения (фактор качества, определяемый как произведение времени задержки сигнала вентилем на рассеиваемую мощность): ≈ 0, 1 — 1 пДж. Инжекционные схемы могут нормально функционировать при изменении тока инжектора в пределах нескольких порядков, за счет чего можно регулировать потребляемую мощность и быстродействие устройства. Одна из простейших конструкций планарного транзистора с инжекционным питанием показана на рис. 1.3, б. В отличие от структуры обычного планарного транзистора рассматриваемая структура содержит еще один электрод-инжектор (дырочную р1-область). Второе отличие заключается в изменении функций электронных областей п1 и п2: п1
служит эмиттером, а п2 — коллектором. В этой структуре образуются практически два транзистора. Транзистор р—n—р-типа образован инжекторной областью р1, играющей роль эмиттера, частью эмиттерной п1-области, служащей базой, и базовой р2-областью, выполняющей функции коллектора.
Транзистор n—р—n -типа с вертикальным расположением электродов образован частью эмиттерной n1-области, примыкающей к ней, частью базовой р2-области и коллекторной n2-областью. Инжекционные схемы подразделяются по количеству ионно-плазменных, имплантированных и других процессов от И2Л до И5Л (инжекционная, изопланарная, ионно-плазменная, имплантационная, интегральная логика). Униполярные ИС разделяются на р-МОП, n -МОП и КМОП, где используются в качестве базового активного элемента р- канальные, п- канальные МОП-транзисторы либо комплементарная пара на их основе. Принцип действия МОП-транзистора основан на управлении током, протекающим в приповерхностном слое полупроводника, при помощи напряжения, приложенного к металлическому (или из поликристаллического кремния) электроду, отделенному от поверхности полупроводника диэлектриком (рис. 1.3, в, г, д). Наибольшее развитие получили n-МОП и КМОП ИС, так как они обеспечивают наилучшее сочетание параметров, главными из которых являются малая мощность потребления и высокое быстродействие, а также меньшее количество технологических операций при изготовлении, более высокая плотность элементов, меньшая стоимость. В отдельную группу МОП ИС можно выделить схемы, изготавливаемые на эпитаксиальных слоях, полученных на диэлектрических подложках. Промышленное воплощение нашли ИС, изготавливаемые на кремниевых эпитаксиальных слоях, выращенных на монокристалле сапфира (КНС), поэтому дополнительно можно выделить следующие ИС: МОП/КНС, КМОП/КНС, р-МОП/КНС. Униполярные и биполярные ИС, выполненные на общей подложке, образуют группу К2ИС. В монолитных ИС, кроме биполярных и МОП-транзисторов, базовыми элементами могут быть приборы с зарядовой связью (ПЗС), переходы Джозефсона и устройства на цилиндрических магнитных доменах (ЦМД). Технология изготовления ПЗС практически аналогична технологии МОП-структур. На поверхность полупроводниковой подложки (рис. 1.3, е), покрытой тонкой пленкой диэлектрика Si02, наносят близко друг к другу пленочные металлические затворы (З1, З2, З3 и т. д.). Для инжекции зарядов на входе структуры выполняется диффузионный диод. Если ко всем затворам приложить некоторое пороговое отрицательное смещение — Ul, то у поверхности полупроводника n-типа образуется равномерный обедненный основными носителями (электронами) слой. Увеличение отрицательного смещения до |—U2 | > |—U1 | на затворе 31 приведет к появлению в сопряженной с ним поверхностной области потенциальной ямы, в которую при наличии напряжения на входном диоде будут инжектироваться неосновные носители (дырки). Если по окончании процесса инжекции к затвору 32 приложить еще большее смещение |—U3| > |—U2|, то под ним возникнет более глубокая потенциальная яма. При этом под затворами 31 и 32 возникнет продольное поле, под действием которого в поверхностном слое полупроводника произойдет дрейф носителей заряда от затвора 31 к 32. Аналогично происходит перемещение зарядов к следующим электродам. В реально созданном приборе значения управляющих напряжений U1, U2, U3 составляют примерно —2, —10, —20В. Прибор такого типа может работать только при условии достаточно близкого размещения затворов. Существенный недостаток ПЗС заключается в невозможности длительного хранения в них информационных зарядов: в процессе работы ПЗС происходит накопление в инверсном слое паразитного заряда и заполнение им потенциальной ямы. Другим недостатком ПЗС является потеря заряда при передаче его от одного затвора к другому (за счет рекомбинации носителей заряда). Несмотря на отмеченные недостатки, специалисты предсказывают ПЗС большое будущее, так как они имеют меньшую мощность потребления, меньшие размеры, более просты в изготовлении, чем МОП-структуры (количество операций при их изготовлении в 2 раза меньше). Одним из перспективных базовых элементов для построения БИС, обеспечивающих хранение десятков миллиардов бит информации, является туннельный переход Джозефсона (рис. 1.3, ж). Переход представляет собой пересекающуюся пару металлических проводников, выполненных из различных сверхпроводящих материалов, которые разделены изолирующей пленкой толщиной ~1—5нм. Системы обработки информации на переходах Джозефсона обладают чрезвычайно высоким быстродействием и малым потреблением мощности, например, время выборки составляет ~ 15 нс при 10 мВт, т. е. в сотни раз быстрее выпускаемых ЗУ. Кроме того, они потребляют в тысячу раз меньшую мощность. В режиме хранения они вообще не потребляют мощности. Очень серьезным недостатком переходов Джозефсона с точки зрения их применения в большинстве вычислительных систем является необходимость создания температуры 4, 2 К (температуры жидкого гелия) в целях обеспечения сверхпроводимости. ЦМД (локальные зоны намагниченности в магнитных пластинах и пленках) позволяют создавать устройства хранения информации в потребляемой мощностью ~ 1—2 мкВ/бит, малыми размерами со скоростью обработки информации ~ 3 Мбит/с, с более высокой надежностью, чем ЗУ на магнитных дисках. Следует отметить перспективность устройств на базе поверхностно-акустических волн (ПАВ), распространяющихся вдоль поверхности твердой акустической среды (например, ниобата лития, кварца Y-среза). Акустоэлектронные фильтры на ПАВ не требуют настройки и отличаются стабильностью параметров. Линии задержки имеют малые размеры и могут работать в диапазоне частот до нескольких гигагерц. Акустоэлектронные усилители могут иметь коэффициент усиления ~50 дБ, динамический диапазон ~100 дБ и выходную мощность несколько десятков милливатт. Рассмотрим гибридные ИС. Гибридными тонкопленочными ИС (ГИС) называют схемы, у которых часть пассивных элементов (резисторы, межсоединения, конденсаторы) выполнены в виде тонких пленок, а другая часть пассивных (больших номиналов) и активные элементы (полупроводниковые приборы, кристаллы ИС, БИС) — в виде навесных. Если пассивные элементы выполнены из толстых пленок, то такие схемы называют гибридными толстопленочными ИС. Основные преимущества ГИС: возможность создания широкого класса цифровых и аналоговых ИС при сравнительно коротком цикле их разработки; возможность получения пассивных элементов широкой номенклатуры с жесткими допусками; универсальность метода конструирования ИС, позволяющая применять в качестве активных элементе бескорпусные ИС, ЛЮП-приборы, диодные и транзисторные матрицы и т.д.; сравнительно высокий процент выхода годных ИС, ремонтопригодность и др. Гибридный метод конструирования и изготовления БИС (ГБИС) заключается в создании двух частей, выполняемых отдельно: бескорпусных дискретных элементов или кристаллов ИС, БИС; пленочных многослойных коммутационных плат, изготавливаемых на диэлектрических подложках. Гибридный способ создания ИС является наиболее универсальным, поскольку в нем сочетаются преимущества пленочной и полупроводниковой технологии, обеспечивается возможность использования различных ИС, отличающихся как по функциональному назначению, так и конструктивному исполнению. По надежности и плотности упаковки ГБИС уступают полупроводниковым, но по функциональному назначению могут их превосходить. Так как в ГБИС используются бескорпусные ИС, БИС и другие элементы различного функционального назначения, они наиболее пригодны для построения неоднородных аналоговых устройств, например преобразователей напряжение — код или код — напряжение, усилителей, генераторов. Технологический процесс изготовления ГБИС значительно проще, а следовательно, и дешевле. Благодаря использованию структур стандартных конструкций смеется возможность автоматизации процесса сборки. Основным конструктивным элементом ГБИС является коммутационная плата, представляющая собой двухуровневую (и более) токопроводящую систему (ТС), сформированную на диэлектрической подложке. Слои ТС разделены между собой тонкопленочными или толстопленочными диэлектриками Si02, А1203, SiO, стеклом или керамикой. Слои ТС могут содержать пленочные резисторы и конденсаторы. Сборку ГБИС (подсоединение навесных элементов) осуществляют с помощью гибких проволочных или жестких шариковых и столбиковых выводов. Жесткие выводы повышают надежность соединений и позволяет вести автоматизированную сборку ГБИС. После сборки ГБИС заключают в корпуса. В отдельных случаях герметизируют все устройство в целом, что значительно уменьшает габаритно-весовые характеристики аппаратуры. Важным преимуществом ГБИС является ремонтопригодность, т. е. замена навесных элементов на этапе сборки или в процессе эксплуатации в случае бескорпусной защиты. ГБИС иногда называют микросборками. Изготовление рассмотренных разновидностей ИС, БИС, СБИС требует широкой гаммы технологий, различающихся по принципам, физико-химическим процессам и технике реализации. Изготовление ИС требует примерно 150 различных процессов, часть из которых повторяется после получения одного или группы элементов. Из большого многообразия известных и применяемых процессов можно выделить базовые: подготовка поверхности подложек; получение диэлектрических пленок: формирование легированных областей диффузией и ионной имплантацией; выращивание эпитаксиальных слоев различной толщины и состава; создание топологии ИС с элементами и расстояниями между ними микронных и субмикронных размеров; нанесение проводящих пленок из чистых металлов, сплавов, соединений; разделение пластин на кристаллы, посадка их на корпус, подсоединение выводов и герметизация. Чередуя проведение базовых процессов в определенной последовательности с использованием современного технологического оборудования, можем получать те или иные типы ИС, БИС, СБИС. В настоящем учебном пособии достаточно подробно рассматриваются базовые технологические процессы с позиций достижений современной технологии.
1.2. МАТЕРИАЛЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ИС, И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИХ ВЫБОРА
Основные характеристики материалов. В миниатюрном кристалле ~ (0, 5 X 0, 5) — (10 X 10) мм2 современной ИС содержатся или используются при изготовлении практически все элементы Периодической системы Д. М. Менделеева (за исключением большинства редкоземельных и трансурановых) в чистом виде или в соединениях. Исходя из принципа применимости, материалы можно разделить на группы, приведенные на рис. 1.4. Из большого разнообразия материалов особо следует выделить полупроводники, которые, обладая комплексом уникальных свойств,
дали жизнь чрезвычайно перспективному направлению науки и техники — полупроводниковой электронике. Главным свойством полупроводниковых материалов является наличие в полупроводниках двух механизмов электропроводности (электронная и дырочная), двух видов электропроводности (примесная и собственная) и двух знаков носителей заряда (электроны и дырки). Эти особенности полупроводников дают возможность создавать электронно-дырочные переходы и, комбинируя их количество, расположение, геометрическиеразмеры и схемы включения, проектировать ИС того или иного функционального назначения. Самое широкое применение из элементарных полупроводников (Si, Ge, С) в производстве ИС получил монокристаллический кремний благодаря следующим основным свойствам: способностью образовывать стабильную диэлектрическую пленку, возможностью управления подвижностью носителей тока, достаточно большой шириной запрещенной зоны, широким распространением в природе, невысокой трудоемкостью и стоимостью получения монокристаллов, высокой надежностью ИС на кремнии, хорошим согласованием температурного коэффициента линейного расширения (ТКЛР) с материалами, входящими в ИС, высокой теплопроводностью и др. Кроме того, кремний является одним из наиболее инертных материалов (химическая активность снижается в ряду Sn > > Ge> Si > С), что обеспечивает стабильность кремниевых структур в окислительных и других агрессивных средах при высоких температурах, возможность подбора селективных травителей кремния и инертных маскирующих покрытий. Из сложных полупроводников наиболее интенсивно исследуются бинарные соединения типа АII ВVI (сульфиды, селениды, теллуриды) и АIII BV (арсениды, нитриды, фосфиды, антимониды), а также некоторые тройные соединения и карбид кремния, обладающие рядом уникальных свойств. Например, GaAs, имея более высокую подвижность носителей, позволяет создавать цифровые ИС с более высоким быстродействием, чем у кремниевых, устройства оптоэлектроники и акустоэлектроники. Изменение свойств монокристаллов во всем объеме или локально осуществляют путем их легирования. Для Ge и Si, как правило, применяют элементы III (акцепторы) и V (доноры) групп Периодической системы, а для улучшения их частотных характеристик также золото; для соединений AIIIBV (GaAs, AlSb, GaSb, InSb, AlAs, InAs, GaP, A1P) — атомы II (акцепторы) и VI (доноры) групп Периодической системы: AIIBVI (CdS, CdSe, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdTe, HgSe, HgTe) — атомы III (In, Ga) и V (P, As) групп. Атомы примесей по механизмам внедрения, замещения или с протеканием химических реакций с компонентами полупроводников образуют легированные области. Для изготовления и надежной работы ИС широко используются пленочные диэлектрики, выполняющие функции тонкопленочных масок при диффузии, конструктивных элементов полевых структур, конденсаторов, изоляционных областей, многоуровневых ТС и обеспечивающие защиту р—n-переходов и других областей полупроводниковых структур от внешних воздействий. Диэлектрические пленки формируются в основном из металлов и полупроводников, вступающих в кислородсодержащие (известно соединение с азотом Si3N4) соединения, которые формируются, как правило, по двум механизмам: 1) атомы кислорода вступают в химическую реакцию с подложкой или отдельным элементом схемы; 2) заранее синтезированные диэлектрические пленки наносятся на структуры извне. По комплексу положительных свойств наибольшее распространение для полупроводниковых и гибридных ИС получили соединения с кремнием (Si02, SiO, Si3N4), с металлами III группы (А1203, Y203), IV группы (ТiO2, SnO2, РbO2, НfO2, ZrO2), V группы (Nb2O5, Ta2O5) Периодической системы, а также комбинации слоев из окислов. Микрообласти (≥ 1 мкм2) таких соединений неизбежно находятся в контакте с аналогичными областями полупроводников и металлов, образуя микрогетерогенные структуры (полупроводник — диэлектрик, диэлектрик — металл, металл — полупроводник и др.), которые и определяют свойства, качество и надежность ИС. Кроме вышеупомянутых диэлектриков, находят применение стекла, представляющие собой аморфные материалы, получаемые сплавлением стеклообразующих (Si02, Ва203, Р205), щелочных (Na203, К20), щелочноземельных (CaO, BaO, MgO) окислов, а также PbO, ZnO, А1203, Fe203, Sb203 и др.; ситаллы и фотоситаллы, получаемые из аморфных силикатных стекол кристаллизацией при термообработке; керамика, получаемая в результате спекания при обжиге мелко измельченной смеси неорганических веществ, включающей, например, А1203, Zr02, U02, ТiO2, или Ва ТiO3 и др.; монокристаллы ниобата лития LiNb03; монокристаллы гадолиний — галлиевого граната Gd3Ga5012; монокристаллы β -корунда (Na20 х 11А1203); монокристаллы магниево-алюминиевой шпинели (MgAl204); монокристаллы сапфира и рубина (α —А1203); органические полимерные материалы — полиэтилен, фторопласты, полиамиды; термопластичные и термореактивные компаунды; клеи на основе фенолоформальдегидных, эпоксидных, кремнийорганических смол и др. Для осуществления коммутации элементов, обеспечения низкоомных невыпрямляющих контактов (НК), создания диодов Шоттки, МОП-структур, конденсаторов, защитных покрытий в ИС широко используются чистые металлы и сплавы на их основе. Металлы, находящиеся в контакте с другими элементами (полупроводниками, диэлектриками), различаются по типу физико-химического взаимодействия, определяемого характером диаграмм фазового равновесия. По характеру взаимодействия элементов Периодической системы, разработанного Н. С. Курнаковым и его последователями, диаграммы состояния систем из двух компонентов разделяются на 9 типов, приведенных на рис. 1.5. |
Последнее изменение этой страницы: 2017-03-15; Просмотров: 403; Нарушение авторского права страницы
