5.3. Технологія виробництва сірчаної кислоти.

Процес виробництва сірчаної кислоти складається з послідовних

етапів, температурні, а також гідродинамічні умови яких різні:

1. Відпал колчедану при температурі більше 700⁰ С в печах киплячого шару.

2. Очищення відпальних газів при температурі біля 30⁰ С в

електрофільтрах.

3. Окислення SO₂ до SO₃ при температурі 440⁰ - 600⁰ С в

контактних апаратах.

4. Абсорбція SO₂ водою при температурі 50⁰ С в насадкових колонах.

4. Техніко-економічні показники виробництва кислоти.

Світова ціна на сірчану кислоту в 1970 році становила 26 доларів за 1 т.

Собівартість сірчаної кислоти становить 14 – 16 грн за 1 т. Вартість колчедану становить в середньому майже 50% від усієї вартості кислоти.

Рівень механізації виробництва сірчаної кислоти такий, що зарплата основних робітників складає лише біля 5% собівартості кислоти.

Витрати при виробництві сірчаної кислоти становлять приблизно:

• 0,82 т умовного колчедану;

• 82 кВт год електроенергії;

• 50 м³ води.

Технологія переробки відходів доменного виробництва, теплових електростанцій та коксового виробництва.

На металургійних заводах при обпалюванні сульфідних руд, а також при спалюванні вугілля на теплових електростанціях утворюються гази з високою концентрацією діоксиду сірки (SO₂). Гранично допустима концентрація діоксиду сірки в повітрі становить 0.01 мг/м³. При перевищенні в повітрі ГДК діоксид сірки спричиняє втрату свідомості, гострий бронхіт, набряк легенів, отруєння. У деяких промислових містах на Україні (Донецьк, Запоріжжя, Кривий Ріг т ін.), де вміст діоксиду сірки в повітрі складає 0,03 мг/м³ у людей розвивається малокрів’я, карієс, порушується функція печінки, знижується імунітет до інфекцій.

Схема конверсії діоксиду сірки у товарну концентровану сірчану кислоту без будь – яких вторинних відходів приведена на рис. 2.

Відпрацьоване технологічне нагріте повітря або топочний газ теплової електростанції із вмістом будь – якої концентрації, повітродувкою 1 подається через теплообмінники 2 і 3 у реактор 4, де на каталізаторах з благородних металів і пентаоксиду диванадію V₂O₅ відбувається екзотермічна реакція:

• Схема конверсії діоксиду сірки у товарну концентровану сірчану кислоту без будь-яких вторинних шкідливих відходів наведена на рис.

Рис. 2. Технологічна схема виробництва сірчаної кислоти без шкідливих

відходів.

1 – повітродувка; 2 і 3 – теплообмінники; 4 – реактор каталітичного перетворення на ; 5 – башта конденсації сірчаної кислоти.

5. Виробництво азотної кислоти

За масштабами виробництва серед мінеральних кислот азотна кислота посідає друге місце після сірчаної. Виробництво азотної кислоти безперервно збільшується.

В даний час азотну кислоту отримують з аміаку, який одержують при коксуванні вугілля. Це найбільш економічно вигідний метод.

Процес синтезу азотної кислоти складається із трьох стадій:

1. окислення NН₃ до NО киснем повітря в присутеості каталізатора – платини або оксиду заліза з домішками оксиду вісмуту при температурі 800⁰С:

NН₃ + 5О₂ = 4NО + 6Н₂О;

2. окислення оксиду азоту киснем повітря:

2NО + О₂ = 2NО₂ ;

3. поглинання двоокису азоту водою:

2NО₂ + Н₂О = НNО₃ + НNО₂ ,

при цьому азотиста кислота розпадається за реакцією

3НNО₂ = НNО₃ +2NО + Н₂О

Монооксид азоту NО, що утворюється, знову повертається в процес окислення киснем повітря і погинання двооксиду азоту водою.

Цим методом одержують азотну кислоту 50-60%-ої концентрації.

Концентровану азотну кислоту отримують двома методами:

1. в спеціальних автоклавах під тиском 40-60 атм. 50-60%-ну кислоту змішують з рідким чотириокисом азоту . Останній реагує з водою, що міститься в кислоті, даючи 95-98%-ну азотну кислоту;

2. азотна кислота при 95-135⁰С переганяється в присутності концентрованої сірчаної кислоти, яка утримує воду. Пари конденсуються в холодильнику, утворюючи 90-97%-ну азотну кислоту.

В промисловості використовують другий спосіб, як більш економічний. Витрата кисню становить 3-4т на 1 т азотної кислоти.

Залізо добре розчиняється в розведеній азотній кислоті. Концентрована азотна кислота утворює на поверхні заліза тонкий нерозчинний в концентрованій кислоті шар оксиду, який захищає метал від подальшого роз’їдання. Ця властивість кислоти пасивування використовується для захисту заліза і його сплавів від корозії.

Лекція 11. Технологія мікроелектроніки.

План

1. Загальна характеристика галузі.

2. Класифікація інтегральних мікросхем.

3. Технологія виробництва інтегральних мікросхем.

1. Вирощування монокристалів кремнію.

2. Очищення кремнію.

3. Утворення елементів мікросхем.

4. Контроль і монтування чіпів у корпус.

Література 4,5,6

1.Загальна характеристика галузі.

Виробництво компонентів мікроелектроніки призначено забезпечити всі сфери виробництва та побут людей високоефективними засобами зв’язку, комп’ютерною технікою, комплексну автоматизацію всіх галузей економіки, впровадження гнучких технологічних систем, систем автоматизованого управління та проектуання, сучасні методи дослідження, медицину, всі види транспорту, військову техніку і технологію - практично всі види діяльності людини.

В даний період продукція галузі відзначається мінімальною матеріаломісткістю та максимальною науковомісткістю. Тут сконцентровані сучасні знання по матеріалознавству та електроніці.

Підприємства, науково-дослідні, проектно-конструкторські та інші організації цієї галузі розміщені в містах високої технічної культури. Найбільшими центрами виробництва мікроелектронної техніки є Київ, Харків, Лбвів, Дніпропетровськ, Сімферополь, Донецьк, Запоріжжя, Одеса, Сіверськодонецьке науково-виробниче об’єднання обчислювальної техніки “Імпульс” та ін.

Швидкий розвиток мікроелетроніки та її використання в найрізноманітніших галузях промисловості та людської діяльності обумовлений такими факторами:

• висока надійність в експлуатації, що забезпечує безвідмовність, захищеність від зовнішніх факторів впливу (механічні удари, вібрації, волога, радіація);

• можливість значного зменшення габаритів і маси різних виробів без втрати якості роботи;

• реальні перспективи подальшого розвитку названих та інших факторів.

Нанотехнології дозволяють створювати надвеликі мікропроцесори з надвеликим ступенем інтеграції та функцій, а значить дуже малими розмірами та енергоспоживанням. Мова йде про габарити, які будуть вимірюватись не міліметрами, а нанометрами.

Нано це приставка для дольних одиниць рівних одній міліардній частці вихідних одиниць, наприклад, метра: 1 нм = 10 ^-9 м.

Наноелектронні технології в найближчі десятиліття будуть спроможні поставити досягнення науки на ефективне використання природних ресурсів, покращення комфорту життя та навколишнього середовища.

В даний час суспільство має вражаючі результати успіхів технології мікроелектроніки.Наприклад, маса ЕОМ виготовлена в 1940 році становила 30 т. Вона споживала таку кількість електричної енергії, як одночасно включені 180 прожекторів, а виконувала розрахунки, які виконує сучасний кишеньковий калькулятор. Починаючи з 40-х років ХХ ст зусилля творців електронної апаратури були спрямовані на мініатюризацію електронних виробів та зменшення розмірів електронної апаратури.

В грудні 1947 р. американські винахідники Джон Бардін і Уолтер Браттейн створили транзистор, який спричинив переворот у електроніці. У 1959 р. Джон Кілбі і Р. Нойс незалежно один від одного заявили про винаходи, які полягали у тому, що на одному кристалі кремнію побудована ціла електронна схема. Такі схеми стали називати інтегральними.

Інтегральною мікросхемою (ІМС) еазивають електричну схему, яка складається з певної кількості активних і пасивних елементів, виготовлених і електрично пов’язаних між собою у приповерхневому шарі напівпровідникового монокристалу або на діелектричній підкладці.

Активні елементи мікросхеми підсилюють сигнали або перетворюють їх. Це діоди, транзистори тощо.

Пасивні елементи передають сигнали. До них належать резистори, конденсатори, котушки індуктивності тощо.

Інгегральні мікросхеми є найбільшим і найважливішим науково-технічним досягненням сучасності і мають значні перспективи подальшого свого розвитку.

Електронне устатквання, яке виготовляється з використанням інтегральних мікросхем застосовуються в:

• системах обробки і передачі інформації;

• автоматичних системах управління виробництвом і руху;

• компютерах, телебаченні, радіо, засобах зв'язку;

• медичній апаратурі;

• обладнанні для наукових досліджень в космосі та під землею;

• електронних годинниках і багато інших сферах

2. Класифікація інтегральних мікросхем.

Інтегральні мікросхеми поділяють на окремі класи за такими ознаками: технологією виготовлення, ступенем інтеграції, функціональним призначенням.

1. За технологією виготовлення усі інтегральні мікросхеми поділяють на напівпровідникові, плівкові та гібридні.

1.1.Напівпровідникові ІМС виготовляють у приповерхневому

шарі монокристалів (кремнію, арсеніду галію) високої систоти. На поверхні малих розмірів монокристалу його структуру перетворюють так, що ці місця стають елементами складної системи, якою є ІМС. Тобто частина мрнокристалу розміром біля 1мм перетворюється в складний електронний прилад, який замінює блок з десятків і сотень звичайних радіотехнічних деталей. У напівпровідникових ІМС з’

єднання і елементи виготовлені в монокристалі та на його поверхні. Аналогією ІМС є наш мозок.

2. Плівкові ІМС виготовляють нанесенням різних речовин у вигляді плівок на поверхню підкладки, виготовленої із скла або кераміки.

Плівкові ІМС поділяють на тонкоплівкові (товщина плівкових елементів < 1мкм та товствоплівкові (товщина >1мкм).

Тонкоплівкові ІМС отримують осадженням різних речовин на нагріту до певної температури поліровану поверхню. для отримання плівок використовують алюміній, титан, оксид олова та ін.

У товстоплівкових ІМС елементи формують протискуванням спеціальних паст через трафарети із подальшим спіканням при високих температурах. Такі структури один шар містить резистори, другий – конденсатори, інші шари виконують роль провідників та інших елементів. Усі елементи з’єднані між собою і утворюють певний електронний пристрій.

3. Гібридні ІМС складаються із плвкових і напівпровідникових елементів. Такі мікросхеми створюють на скляній або керамічній підкладці. При цьому пасивні елементи виготовляють із металевих та діелектричних плівок, а активні “навішують” на утворену плівкову схему. Гібридні ІМС називають великими, їх застосовують, наприклад, в регуляторах електричних двигунів.

В даний час найширше використовують напівпровідникові та гібридні ІМС.

Складність інтегральної мікросхеми характеризується показником, який називається ступенем інтеграції.

За ступенем інтеграції ІМС поділяють на малі (МІМС), середні (СІМС), великі (ВІМС) і надвеликі (НІМС) (табл. 1).

За функціональним призначенням мікросхеми поділяють на аналогові та цифрові.

Аналогові мікросхеми служать для перетворення і оброблення сигналів, які змінюються за законом безперервної функції.

Таблиця 1

Час створення та кількість елементів у мікросхемі

Назва та позначення мікросхеми	Час створення мікро- схеми	Кількість елементів у мікросхемі
Малі (МІМС) Середні (СІМС) Великі (ВІМС) Надвеликі (НІМС) Надвеликі (мікропроцесори)	Початок 60 –х років Кінець 60-х – кінець 70-х років Кінець 70-х років Початок 80-х років 90-ті роки	10 -102 102-103 !03 -10 4 104-105 105-106

Цифрові ІМС призначені для перетворення і оброблення сигналів, які змінюються за законом дискретної функції.