ческой решеткой и, кроме того, отличаются твердостью и хруп­костью. Таким образом, фазовая диаграмма состояний Au - Аl может быть разбита на две или бсЕлыпе диаграмм, например на диаграмму Аl - АuАl₂ и диаграмму AuAl₂ — Au и т.д.

Рис. 1.18. Система золото — алюминий

На диаграмме указаны несколько важных интерметалличес­ких соединений: AuAl₂, Au₂Al, Au₅Al₂ и Au₄Al. При образова­нии контактов в системе Au — Аl могут присутствовать все эти интерметаллические соединения. Проблемы, связанные с обра­зованием этих соединений, называют пурпурной или рыжей чумой. Эти проблемы обсуждаются в следующих главах.

1.4. Твердая растворимость

Граничная растворимость большинства легирующих приме­сей в кремнии крайне мала и в действительности не является максимальной растворимостью. На рис. 1.19 (а) представлена типичная кривая солидуса для примесей в кремнии. Необходи­мо отметить, что растворимость растет с температурой до опре­деленного значения, а затем убывает до нуля при температу­рах, приближающихся к температуре плавления кремния. Та-

Если состав расплава кремния равен С_м в процентах массы растворенного вещества, то кремний будет застывать с содер­жанием растворенного вещества kC_M, где k - коэффициент сег­регации (k = C_S/C_L). Когда концентрация в твердом теле дос­тигнет значения С_м при замораживании, в то время как кон­центрация в жидком растворе будет равна C_M/k, поскольку со­отношение концентраций в жидком и твердом растрах долж­на быть равна k.

Наклон линии солидуса, следовательно, равен

(1,15)

а наклон ликвидуса будет

(1.16)

(1.17)

На рис. 1.20 приведены важнейшие типы диаграмм состо­яния по В.А. Немилову. На этом же рисунке показано, как вза­имосвязаны на примере изменений твердости, электросопротив­ления и температурного коэффициента сопротивления физико-химические свойства материалов, имеющих определенные типы диаграмм состояния, с их составом и определяемым соотноше­нием компонентов в сплавах.

1.5. Диаграммы состояния тройных систем

В настоящее время в различных областях современной тех­ники, в том числе и в интегральной электронике, все шире начинают использоваться различные многокомпонентные ма­териалы, обладающие уникальными физико-химическими свой­ствами, механическими, электрическими, магнитными, тепло-физическими и т.д. При этом наиболее изученными являются диаграммы состояния для материалов, состоящих из трех ком­понентов.

Для построения диаграмм тройных систем А- В - С обыч­но используются треугольные диаграммы Гиббса (рис. 1.22). Для определения фигуративной точки Ф опускают перпендикуля­ры на стороны диаграммы (рис. 1.22, а). Высота перпендикуля­ра в долях высоты треугольника показывает концентрацию ком­понента, символ которого помещен в вершине треугольника.

Значение свойства задается двумя способами:

1. Высотой перпендикуляра (например, e0e5 на рис. 1.22, б) к данной точке; и

2. Кривыми, отражающими на диаграмме геометрические мес­та точек с равными свойствами (так, например, на географи­ческой карте изображаются изогипсы).

На рис. 1.22 (в) показана диаграмма состояния системы Bi-Рb- Sn.

На рис. 1.22 (б) компоненты В и С образуют дистектичес-кую диаграмму с эвтектиками Е₃ и Е₄. Компоненты А и В, а также А и С образуют эвтектические диаграммы с эвтектиками E₁ и Е₂ и, наконец, возникают тройные эвтектики Е₅ и Е₆.

В случае, когда компоненты диаграммы А - В - С простые соединения, несимметричная диаграмма (рис. 1,23) никаких преимуществ перед симметричной диаграммой не имеет. Но если в качестве компонентов выступают сложные соединения, то введение несимметричной диаграммы дает существенное пре­имущества. На сторонах диаграммы отложено содержание каж­дого простого оксида в процентах. Поясним сказанное на при­мере системы альбит - анортит - диопсид (соответственно Ab - An - Di, на рис. 1.23). Состав альбита: Na₂0 - Аl₂0₃ - 6Si0₂; анортита: СаО - Аl₂0₃ - 2Si0₂, диопсида: MgO - СаО - 2Si0₂.

Таким образом, система слагается из пяти оксидов: Na₂0, MgO, СаО, Аl₂0₃ и Si0₂. Химический анализ показывает содер­жание в системе именно простых оксидов, а не сложных соеди­нений альбита, анортита, диопсида - компонентов тройной ди­аграммы. Поэтому, определив химический состав, приходится делать сложные пересчеты для нахождения фигуративной точ­ки. Положение значительно упрощается с использованием ме­тода несимметричной диаграммы по Ормонту (см. рис. 1.23, а).

Математический анализ показал, что концентрация любого простого оксида может быть представлена эквиконцентрацион-ными углами к сторонам диаграммы (см. рис. 1.23, а). Отло­жив на сторонах последней концентрационный масштаб и ис­пользуя шаблоны, стороны которых направлены под углами, отвечающими эквиконцентрационным линиям (см. рис. 1.24, а), можно без всякого расчета найти по положению точки со­став многокомпонентного вещества в простых оксидах. А по химическому составу можно найти и фигуративную точку (см. рис. 1.24, б). Для этой цели нужно знать содержание не всех (в нашем примере пять), а только некоторых (двух, для надежно­сти трех) простых оксидов, ибо в идеальном случае все прямые должны пересечься в точке S. Можно установить надежность химического анализа и графическим путем.

Применительно к технологии производства изделий интег­ральной электроники такие подходы с использованием шабло­нов для нахождения фигуративной точки по содержанию про­стых оксидов и определение содержания простых оксидов по положению фигуративной точки очень важны при разработке, например, систем для электрической изоляции компонентов и элементов микросхемы на кристалле или изоляции микросхе­мы от воздействия окружающей среды (пассивирующие покры­тия). Так как в производстве диэлектриков часто используются сложные составы, применение несимметричной диаграммы мо­жет облегчить работу и исследователя, и технолога. Возникает возможность непосредственно связать химический и фазовый состав с ходом температур плавления, механических, оптичес­ких, электрических и магнитных и значительно сократить ко­личество аналитических определений при разработке техноло­гических процессов изделий интегральной электроники.