книги из ГПНТБ / Методы стабилизации параметров полупроводниковых приборов [сборник статей]

бой соли, могут происходить сложные процессы: вырывание ионов металла молекулами воды с образованием сольватов, адсорбция ионов из раствора на. поверхности электрода, хи­ мическое взаимодействие ионов раствора с металлом элек­ трода и др„ приводящие к тому, что 'между электродом н раствором возникает разность потенциалов. При этом элек­ тродная пластинка может быть заряжена как положительно, так и отрицательно.

Исследования последних лет показали, что величина по­ тенциала представляет собой сложную функцию, зависящую от различных эмпирических факторов. Зависимость потенция ла от pH раствора (см. рисунок) может быть самой разно­ образной.

рн

Рисунок. Зависимость потенциала от рК

раствора

Поэтому исследование зависимости потенциала от pH раствора — важный этап изучения поведения электродов.

Измерение потенциалов кремниевых пластин в растворах ряда электролитов проводилось нами по следующей методи­ ке. В качестве электрода использовали исследуемую крем­ ниевую пластину. Пластину вначале обрабатывали HF, за­ тем погружали в раствор 1 и. CUSO4, промывали водой и вы­ сушивали фильтровальной бумагой (электрод I). Порученные потенциалы сравнивали с потенциалами такого же электрода (электрод II). обработанного плавиковой кислотой, но не находящегося в контакте с CuS04. Электроды III, IV — не­ обработанные кремниевые пластины; электроды V и VI —

1C

кремниевые пластины, обработанные смесью равных объе­ мов плавиковой и концентрированной азотной кислот, про­ мытые водой й высушенные фильтровальной бумагой.

Потенциалы измеряли на потенциометре ЛПМ-60М по отношению к хлорталлиевому электроду типа ЭВЛ-5М, ко­

электроды (стандартный и индикаторный) опускали в ста­ канчик объемом 50 мл с исследуемым раствором. Содержи­ мое стаканчика перемешивали магнитной мешалкой и изме­ ряли потенциал. Для получения соизмеримых результатов замеры проводили через каждую минуту. Электролитами служили децимолярные растворы ZnS04, Zn(C104)2, 1 М КС1, 1 н. CuS04 и дистиллированная вода. Для десорбции ука­ занных ионов с поверхности пластин последние выдержива­ лись в течение различных промежутков времени в растворе

влиянием разнородной поверхности электрода.

Обработка поверхности плавиковой и азотной кислотами приводит к снятию окисной пленки, и разница между элек­ тродами значительно уменьшается. Погружение электродов в раствор солей цинка и меди резко изменяет его потенциал, измеренный в воде. В таблице 1 представлены результаты по замерам потенциалов электродов до и после выдержки их в растворах солей меди и цинка.

Т а б л н ц а 1

Изменение потенциалов электродов (I—VI) в зависимостиот растворов солей

1J

В одном опыте было обнаружено отклонение от этой за­ кономерности, причину которого пока выяснить не удалось. Изменяется и характер поведения электрода с адсорбиро­ ванными ионами металлов при выдержке в воде. В ряде случаев при этом вместо наблюдавшегося ранее понижения потенциала отмечается его повышение.

Для электрода с адсорбированными ионами Zn2+: электрод III — ДЕ — +170,

электрод IV — ДЕ = +290.

Для электродов с адсорбированными ионами Си2+: электрод V — ДЕ = +420,

электрод VI ДЕ —- +290.

Следует отметить, что иногда это правило нарушается, поэтому, прежде чем делать окончательные выводы, следует накопить экспериментальный материал.

После выдержки кремниевых электродов в растворе де­ сорбента потенциалы их всегда возвращаются к значениям, близким к тем, которые они имели до адсорбции ионов ме­ таллов (см. табл. 2).

ВЫВОДЫ

Приведенные данные наглядно показывают, что: 1) из­ мерение потенциалов кремниевых электродов, погруженных в тот или другой раствор, отражает процессы, происходя­

12

ЗАЩИТНЫЕ СВОЙСТВА п о к р ы т и й НА ОСНОВЕ АЛЛИЛОВЫХ ЭФИРОВ ДИФЕНИЛМЕТАНА, ДИФЕНИЛЭТАНА

И. И. ЮКЕЛЬСОН, Л. В. КОНДОВА, Л. А. ПАРХОМЕНКО

Незащищенная поверхность полупроводника обладав! высокой реакционной способностью; химические реакции и процессы адсорбции — десорбции приводят к изменению по­ верхностного потенциала и обуславливают нестабильность характеристик прибора. Установлено, что главной причиной нестабильности приборов являются физические процессы, происходящие на границе раздела поверхности Si—SiC>2.

Величины и характер изменений параметров полупровод­ ника в процессе их эксплуатации определяют степень на­ дежности приборов, величины пороговых сигналов. Измене­ ние таких важных характеристик, как обратные токи, коэф фициент усиления транзисторов и т. и., приводит к увеличе­ нию процента брака при производстве приборов.

Изучение процесса старения готовых приборов показало, что это явление вызывается несколькими причинами:

2)механической стабильностью;

3)электрическими и физико-химическими процессами в образцах в течение изготовления приборов и после него [1].

Первые две причины связаны е технологией изготовления прибора, методами его защиты и герметизации.

Важная роль защитного покрытия в стабилизации пара­ метров приборов позволила определить основные требова­ ния, предъявляемые к защитным материалам. Прежде всего материал покрытия должен обладать хорошими диэлектри­

ческими и механическими свойствами, устойчивостью к

*

14

влажной среде и повышенной температуре, иметь высокую плотность. Было выявлено, что при наличии влаги в атмос­ фере возможно перемещение и накопление под действием краевого поля р—п-переходов больших зарядов на внешней поверхности окисла, приводящее к дрейфу параметров [2].

Основными направлениями в улучшении и стабилизации свойств поверхности является защита «стабилизаторами» различных составов, полимерными пленками, а также раз­

в последнее время, когда аллиловый спирт стал доступным. Аллиловые смолы применяются в электротехнике, химичес­ ком машиностроении, быту. Интерес к этим полимерам опре­ деляется их химической устойчивостью, низким тангенсом угла потерь, теплостойкостью, высокой погодоустойчивостью. Наличие в полимерах на основе синтезированных нами прос­ тых аллиловых эфиров дифенилметана, дифенилэтана аро­ матических ядер придает соединению термостойкость, стой­ кость к воздействию кислорода и озона, улучшает их меха­ нические свойства. Аллиловые эфиры были получены заме­ ной хлора в хлорметилированных дифенилметане, дифенилэтане на спиртовый радикал. Реакция идет посхеме:

/*'

глс?

СН.ОСНсСНЧй.,

Определенные нами свойства полученных продуктов пред­ ставлены в таблице 1.

15

Та б л и ц а 1

Лллпловыс эфиры без инициаторов полимеризуются очень медленно, поэтому для ускорения полимеризации добавляют переносные соединения. Полимеризация аллиловых эфиров происходит в две стадии [4]. Вначале образуется жидкий низкомолекулярный форполимер, который при дальнейшей полимеризации превращается в твердый, нерастворимый трехмер. Полимерные пленки диаллиловых эфиров дйфенилмстана и днфенилэтана представляют собой прозрачные, бесцветные стеклообразные материалы; неплавкие и нераст­ воримые в органических растворителях. При температурах выше 300°С они разлагаются без плавления.

Аллиловыс эфиры дифенилметана, днфенилэтана испыты­ вались в качестве защитных покрытии на кремниевых при­ борах. Образование защитной пленки (полимеризация) осу­ ществлялось следующим образом. На подготовленную по­ верхность прибора наносился из микрошприца продукт по­ лимеризации (эфир), который под действием температуры и кислорода воздуха полимеризовался. В некоторые образцы добавляли инициатор (перекись бензоила) и пластификатор (диоктилсебацинат), но они ухудшали диэлектрические свой­ ства покрытий и от них в дальнейшем отказались. Опти­ мальный режим 'термообработки, обеспечивающий наилуч­ шие защитные свойства покрытия, следующий: выдержка 14-2 час при 70°, затем подъем температуры до 150°С и вы­ держка при 150° в течение 3 час; подъем температуры до 180° и нагрев при этой температуре в течение 6 час.

Для обеспечениянадежности характеристик прибора не­ обходимо, чтобы защитное покрытие обладало хорошими диэлектрическими свойствами. Диэлектрические свойства ис­ следуемых полимеров представлены в таблице 2.

16

пня. Для сравнения проводились замеры электропараметров приборов контрольной партии, защищенных покрытием, при­ меняемым в производстве. Критерием надежности покрытия

уровней обратных токов в приборах контрольной и опытной партий после испытания при 20°С и циклировання. Как вид­ но из гистограмм, выход приборов с обратными токами до

100

J, Sp ifHi

Рис. 2. Гистограмма распределе­

ния приборов по уровням обратных токов после циклирования: опытная партия ( )• контрольная пар­ тия (— — )

Испытывалось влияние вида термообработки (термора­ диационная, термостатная) на качество покрытия. При ана­ лизе бракованных приборов установлено, .что в брак уходили в основном те приборы, у которых защитное покрытие было неполностью полимеризовано, поэтому данному вопросу уде­ лялось большое внимание. Результаты исследований приве­ дены в таблице 8. Для наглядности количественное значение

Т а б л иц а 3

Влияние термообработки на качество защитного покрытия

годных приборов при 20, 80°С и после термоциклирования представлено относительно годных в контрольных партиях, Таким образом, более качественное покрытие образуется при термостатной обработке пленки как полиди(аллилоксиметил)дифенилметана. так и полиди(аллилоксиметил)ди-

фенилэтана.

ВЫВОДЫ

1.На основе хлорметилированных дифенилметана,- дифенилэтана получены простые аллиловые эфиры исходных уг­ леводородов, способные к полимеризации с образованием твердых пленок,

2.Проведены испытания полученных материалов в ка­ честве защитных покрытий р—п-переходов кремниевых при­ боров. Полученные результаты указывают на возможность использования дллилов'ых эфиров дифенилметана, дифенилэтана в качестве защитных пленок в полупроводниковой про­ мышленности. При этом качество приборов повышается.

2*