34.2 Эпитаксиальное наращивание полупроводниковых слоев. Оборудование и оснастка для эпитаксии.

Для создания п/п приборов и элементов ИМС широко применяют эпитаксию - ориентированное наращивание слоев вещества с воспроизведением крист-кой структуры подложки. При этом поступающие извне атомы осаждаемого в-ва д. обладать достаточной энергией и способностью мигрировать по поверхности подложки, чтобы формирование крист-кой решетки происходило равномерно и по всей поверхности без образования дефектов. С повышением температуры подложек миграция атомов увеличивается. При низких температурах растущие слои получаются поликристаллическими. В процессе роста эпитаксиальных слоев их легируют введением донорной и акцепторной примеси, что позволяет соответственно создавать слои n- или p-типа электропроводности.

Если наращиваемые эпитаксиальные слои по химическому составу не отличаются от вещества подложек и в рез-те получают гомогенные p-n–переходы, такой процесс называют гомоэпитаксией или автоэпитаксией.

Процесс ориентированного наращивания эпитаксиальных слоев, существенно отличающихся по химическомуому составу от вещества подложек и не вступающих с ним в химическое взаимодействие, называют гетероэпитаксией. При этом образуются гетерогенные p-n–переходы.

Ориентированное наращивание эпитаксиальных слоев, сопровождающееся их химическим взаимодействием с веществом подложек, называют хемоэпитаксией. Образующийся при этом промежуточный слой отличается по химическому составу, как от вещества подложек, так и от осаждаемого в-ва,но имеет такую же кристалл-кую структуру, как исходная подложка. Наиб. часто эпитакс-ые слои осаждают из газовой фазы или кристаллизацией из жидкой фазы.

При газофазной эпитаксии используют различные хим-кие реакции, происходящие в газовой (паровой) фазе при высокой температуре. При эпитаксии кремния широко применяют восстановление его тетрахлорида водородом: SiCl₄+2H₂=Si+4HCl

Процесс эпитаксиального роста можно рассматривать как гетерогенную реакцию, состоящую из следующих стадий:

• переноса реагирующих веществ через газовую фазу к поверхности исходной подложки и их адсорбции;

• реакции или серии реакций на поверхности;

• присоединения атомов кремния, образующихся в результате реакций, к ступенькам роста на поверхности;

• десорбции, переноса газообразных продуктов реакции к основному потоку газа и удаления.

Процесс эпитаксиального наращивания выполняют на специальных установках, имеющих системы подачи, очитки и осушки газов. Основным элементом рабочей камеры является кварцевая труба, в которую на подставке помещают монокристаллические подложки из кремния и нагревают их с помощью индуктора.

Предварительно камеру продувают аргоном, который вытесняет из системы воздух. После продувки системы аргоном подложки обрабатывают в потоке водорода. При этом всегда имеющийся на поверхности диоксид кремния восстанавливается до кремния по следующей реакции: SiO₂+2H₂=Si+2H₂O

Затем в поток водорода добавляют 1–5% HCl и при той же температуре стравливают образовавшийся в результате механических операций нарушенный слой:Si+4HCl=SiCl₄+2H₂

Закончив травление в хлористом водороде, прекращают его подачу, продувают систему водородом и начинают пропускать водород через основной и легирующий источники. Если необходимо получить слой n-типа, используют жидкие или газообразные легирующие вещества, содержащие фосфор или другие элементы этой группы. Слой p-типа получают легированием кремния, например бором.

В результате реакции восстановлении из тетрахлорида кремния SiCl₄ выделяется Si, идущий на “строительство” эпитакс-ной пленки.

Рис – Структурно-функциональная схема установки для проведения эпитаксии

При жидкофазной эпитаксии атомы растущего слоя оседают на подложку из расплава или раствора. При этом подложки покрывают насыщенным п/п материалом расплавом, из кот. необходимо вырастить соответствующий слой, а затем охлаждают. При уменьшении температуры растворимость п/п материала в расплаве понижается, и избыточное количество полупроводника оседает на подложке.

Оборудование и оснастка для эпитаксии

Установку для проведения эпитаксии можно представить в виде нескольких функциональных блоков. В зависимости от конструкции реактора бывают установки горизонтального и вертикального типов. В горизонтальных реакторах используют плоские подложкодержатели, в вертикальных – бочкообразные. Наиболее широко используются реакторы вертикального типа.

По способу нагрева подложкодержателя установки подразделяют на индукционные и с радиационным нагревом. Индукционный нагрев осуществляют с помощью машинных генераторов частотой 10 кГц или самовозбуждающимися ВЧ–генераторами частотой 500 кГц.

Рис.1 - Конструкция кварцевого реактора вертик. типа с ИК-нагревом и воздушным охлаждением реактора.

Д ля уменьшения температурных градиентов используют радиационный нагрев (ИК-нагрев), при котором энергия, необходимая для разогрева подложкодержателя 2, помещенного в кварцевый реактор 1, создается набором кварцевых галогенных ламп 4 с отражателями 5. При радиационном нагреве удается устранить также градиент температуры по толщине пластины 3. Это позволяет существенно уменьшить количество дефектов на поверхности пленки (линий скольжения).

Рис2. конструкция реактора верт-го типа с ВЧ-нагревом и водяным охлаждением.

В реакторах 1 с ВЧ-нагревом (рис2) пластины нагреваются ВЧ-индукторами 5, размещенными в кварцевом стакане 4, а при определении темп-ры используют оптический пирометр, наведенный на пластину 3, установленную на подложкодержателе 2. 6 – пирометр

34.3 Технологическая схема ремонта радиоэлектронной аппаратуры. Виды отказов в РЭА и их процентное распределение. Виды технического диагностирования Методы отыскания неисправностей. Описание моделей объектов ремонта. Вспомогательные документы при ремонте

Технологическая схема ремонта радиоэл-ной аппаратуры:

начало ремонта→анализ внешнего проявления неисправности→ изучение принципа работы устройства→(по схеме электрической структурной; по Э3; по схеме электрической монтажной)→ определение наиболее вероятных неисправных блоков→изучение взаимосвязей между наиболее вероятными неисправными блоками→ визуальный осмотр подозреваемых в неисправности блоков→выбор метода поиска неисправностей→составление алгоритма поиска неисправностей→построение мат. модели для неисправного блока→ контроль постоянных (переменных) напряжений в неисправном блоке →анализ результатов контроля напряжений→установление выявленных неисправностей в блоках→контроль работоспособности и его регулировка→оформление результатов ремонта и регулировки устройства → конец.

Схема РЭА, выполненная на любом уровне деления на элементы, отражает электрические и электромагнитные процессы, протекающие в исправном устройстве. Если в схеме учтены все взаимосвязи между элементами питания и преобразования сигналов, то она может служить как для изучения принципов действия РЭА, так и для поиска отказов, которые объединяются под общим названием "обрывы".

Под обрывом понимается всякое ухудшение или прекращение действия любого элемента, не приводящее к срабатыванию защитного устройства от перегрузок и не вызывающее изменений напряжений питания в схемах РЭА. Обрывом может быть физический разрыв цепи или любое препятствие прохождению сигналов.

При отказах типа "обрыв" задача поиска разрешается успешно, если найден элемент, на входах которого сигналы и питание имеются, а на выходе сигнала нет (или он сильно искажен либо изменился).

Отказы типа "перегрузка" возникают при появлении перегрузки или короткого замыкания в цепях эл-тов или в цепях подачи питания. При этом происходит срабатывание защитного устр-ва. Поэтому поисковая послед-ть приводит к локализации сработавшего защитного устр-ва.

При коротком замыкании в элементе, получающем питание, резко уменьшается сопротивление цепи, в результате чего возникает шунтирование цепи питания, и ток в ней возрастает. Происходит срабатывание ближайшего устройства защиты.

Распределение отказов типа "обрыв" и "перегрузка" (внутренние замыкания) в РЭА приведено в табл. 8.1.

Таблица 8.1

Вид изделия	Обрыв, %	Перегрузка, %
Высоковольтные трансформаторы	-	100
Резисторы низковольтные	85	15
Резисторы высоковольтные	44	56
Конденсаторы	23	77
Катушки	82	18
Полупроводниковые приборы	32	68

При обнаружении факта отказа РЭА, как правило, неизвестно, какой из элементов служит его причиной, и какой вид отказа произошел.

Для облегчения отыскания места и вида отказа разработаны различные диагностические методы и диагностическая аппаратура.

При техническом диагностировании различают функциональное диагностирование, когда рабочие воздействия подаются на аппаратуру при ее функционировании, и тестовое диагностирование, когда на РЭА подаются тестовые воздействия, которые предназначены только для технической проверки аппаратуры.

Распространенным методом поиска неисправностей в бытовой РЭА является метод проверки исправности конкретного элемента или части схемы. Он разделяется:

-на способ внешнего осмотра;

-на способ промежуточных измерений;

-на способ замены.

Способ внешнего осмотра заключается в осмотре монтажа и элементов схемы.

Способ промежуточных измерений заключается в измерении параметров элементов или схем аппаратуры. Иногда способ промежуточных измерений подразделяют на последовательные поэлементные проверки и групповые проверки. Последние применяются для устройств, имеющих вид послед-ной цепи элементов.

Способ замены предусматривает замену отдельных элементов на заведомо исправные, и при восстановлении признака нормальной работы делается вывод об отказе замененного элемента.

Описание моделей объектов ремонта

Процесс поиска неисправностей в устройствах представляет собой совокупность элементарных проверок, т.е. физических экспериментов над ремонтируемым устройством, целью которых является изучение его реакции на некоторое воздействие. Выявить неисправность можно только в том случае, если существует такое тестовое воздействие, реакция на которое у работоспособного и неработоспособного устройства различна. В общем случае может существовать несколько элементарных проверок, позволяющих выявить определенное техническое состояние устройства. Они различаются множеством контрольных точек, видом и послед-ю входных тестовых воздействий.

Разнообразие перечисленных возможностей вызывает необходимость формализации разработки процесса поиска неисправностей в устройстве. Первый этап формализации предполагает наличие некоторого описания ремонтируемого устр-ва и его поведения в работоспособном и неработоспособном состояниях.

Такое формальное описание в аналитической, векторной, графической или табличной формах называют математической моделью ремонтируемого устройства. С помощью элементарных проверок можно обнаруживать любое состояние из множества неработоспособных состояний устройства, если найдется хотя бы одна проверка, для которой ответные реакции у работоспособного, и неработоспособного устройства различны. Для разработки процедуры поиска неисправностей необходимо получить множество реакций для всех допустимых элементарных проверок и выбрать те проверки из множества, которые позволяют различить все состояния из множества технических состояний устройства. Процесс поиска неисправностей при этом требует глубокого анализа результатов измерений, большого числа вычисл-ых операций и многократного сравнения их результатов.

Таблица, отображающая реакции устройства на все допустимые элементарные поверки для всего множества возможных технических состояний, называется таблицей функций неисправности устройства (ТФН). Достоверно обнаруживать неисправности в устройствах помогает множество элементарных проверок. Одна из задач оптимизации этого процесса состоит в сокращении числа элементарных проверок, обеспечивающих требуемую глубину поиска неисправностей.

При проведении ремонта бытовой радиоэлектронной аппаратуры специалист может построить ТФН на основе таблиц, приводимых обычно в приложениях к сервисным инструкциям, технических паспортах и других документах. Часто в приложениях к сервисным инструкциям бытовой РЭА в таблицах, кроме постоянных (переменных) напряжений, сопротивлений резисторов, приводятся также эпюры напряжений на выводах транзисторов, микросхем или в характерных контрольных точках принципиальной схемы. Это значительно облегчает процесс поиска неисправностей.