книги из ГПНТБ / Смирнов В.И. Теория конструкций контактов в электронной аппаратуре

В этой же таблице указаны значения размаха W статистического распределения переходного сопротивле­ ния Гц, определяемого как

W=(fn+'Aru)/rn,

где г п — среднее значение; Ага — среднеквадратическое отклонение переходного сопротивления. Приведены так­ же максимальные измеренные значения переходного со­ противления Гпмакс.

Параметры технологии нанесения этих пленок приво­ дятся в табл. 5.2. Следует, однако, заметить, что свой­ ства тонких пленок и переходного слоя весьма чувстви­ тельны ко всевозможным второстепенным факторам тех­ нологического процесса. Поэтому контакты, изготовлен­ ные при этих же параметрах, но на разных установках или в разных лабораториях и цехах, могут иметь пере­ ходные сопротивления, заметно отличающиеся от указан­ ных в табл. 5.1.

Между параметрами технологического процесса л свойствами контакта не существует, по-видимому, пря­ мой физической связи. Такая связь существует между технологией и структурой пленок и переходного слоя, с одной стороны, и между структурой последних и пара­ метрами контакта, с другой стороны.

Рассмотрим теперь конструкции пленочного контакта,, в которых искусственно увеличена ширина контакта или приконтактных зон пленок. Такая конструкция может быть применена в том случае, если не удается умень­ шить сопротивление контакта технологическими приема-

130

ми. Рассмотрим пленочный контакт переменной ширины хю(х) (рис. 5.11). Если представить ширину области пере­ крытия в виде функции

w (х) = w0ax,

где а > 1 соответствует расширяющемуся контакту; а = 1 — к о н т а к т у постоянной ширины (прямоугольному);

а < 1 — сужающемуся контакту, то решение уравнений для тока и напряжения в контакте, аналогичное изло­ женному в 'предыдущем параграфе, даст следующее вы­ ражение [10] для сопротивления контакта 'при r i < c v

131

Наименьшая длина области перекрытия, обеспечиваю­ щая переходное сопротивление, близкое к минимальному, равна

Исследуя выражение (5.21), легко увидеть, что мини­ мальное переходное сопротивление расширяющегося кон­ такта (а>\) будет в К раз меньше минимального пере­ ходного сопротивления контакта постоянной ширины ( а = 1 ) , где

Величина К, как видно из (5.23), незначительна при «разумных» значениях а и га2у. Поэтому применение расширяющегося контакта не дает заметного выигрыша в смысле переходного сопротивления.

Более эффективным способом уменьшения сопротив­ ления контакта RK является расширение пленок в приконтактной области (рис. 5.12). В работе [10] проводи­ лось экспериментальное исследование этого вопроса. Наибольшая плотность тока в пленке I I , вблизи кромки контакта, наблюдается у оси симметрии системы. Если обозначить эту плотность через /, а плотность тока на узком участке, достаточно удаленном от расширенной зо­ ны, через /о, то наименьшая степень снижения плотности тока в контакте будет равна ///0 . Это отношение должно быть по возможности большим.

132

Исследования [10] показали, что самой целесообраз­ ной формой расширения приконтактной зоны является приведенная на рис. 5.12, которая характеризуется ради­

снижения 'плотности, тока можно получить при разных отношениях w'/w и L/w. На рис. 5.13 приведено семей­ ство зависимостей а'/со от L/w для разных значений пара­ метра снижения плотности тока. На этом же рисунке

пунктиром обозначены оптимальные значения этих отно­ шений, обеспечивающие .минимальную площадь зоны расширения.

При оценке переходного сопротивления пленочного контакта с расширенной приконтактной областью следу­ ет дополнительно учесть сопротивление стягивания ли­ ний тока Rc в области между плоскостями х=—(L + r) и х=—L. На рис. 5.14 'приведены кривые сопротивления для данной конфигурации в виде семейства зависимостей

^cA'Q2 = f (w'/w),

параметром которых является отношение L/w. Пункти­ ром показаны оптимальные значения отношений w'/w и L/w, соответствующие наименьшей площади.

Полученное на основе указанных выше соображений конструктивное решение необходимо проверить с точки зрения допустимого рассеивания мощности по формуле (5.17).

133

5.4.Контроль электрических и физических параметров

пленочных контактов

Как отмечалось ранее, важнейшими характеристиками пленочного контакта являются:

1)'переходное сопротивление;

2)шумы;

3)адгезия.

Измерение шумов. Шумы контактов измеряются стан­ дартными методами измерения шумов сопротивлений. Поэтому .мы на них останавливаться специально не бу­

ют специальную схему, содержащую достаточно большое число п одинаковых, последовательно соединенных пле­ ночных контактов, и сравнивают ее шумы с шумами од­ нородной пленки из того же материала, имеющей ту же

Рис. 5.15. Измерение шумов пленочного контакта.

протяженность, но содержащей только два контакта [77]. Схематическое изображение такого метода измерения шумов .показано на рис. 5.15.

Если £ Ш 2 — спектральная плотность э. д. с. шума

цепочки из п контактов, то Ещи определяется следующим выражением:

Етк = / ( # и 1 - 0 / ( д - 2 ) ,

134

где £ Ш 2 — спектральная плотность э. д. с. шума двухкон­ тактного элемента.

Рассмотрим подробнее вопросы измерения переход­ ного сопротивления.

Измерение переходного сопротивления. Переходное •сопротивление пленочного контакта может быть измере­ но непосредственно только тогда, когда оно велико по сравнению с сопротивлениями контактных пленок. В та­ ком случае переходное сопротивление приблизительно равно сопротивлению контакта и может быть измерено •омметром. Обычно же это условие не выполняется и пе­ реходное сопротивление либо близко к сопротивлению пленок, либо значительно меньше их, и для его измере­ ния необходимо использовать специальные методы.

Одним из таких методов является трехзондовый ме­ тод, схема которого показана на рис. 5.16, Два зонда/ п 2 устанавливаются на контактных пленках по обе стороны от контакта и на них подается некоторое напря­ жение «о. Ток в цепи измеряется амперметром А. Зонд 3 перемещают между зондами 1 я 2 для измерения распре­

деления потенциала вдоль контакта по отношению к по­ тенциалу одного из двух крайних зондов, например 1.

Для точного определения разности потенциалов меж­ ду зондами / и <3 необходимо отсутствие тока в их цепи. В этом случае не будут играть существенной роли пере­ ходные сопротивления между зондами и пленками шл любые другие сопротивления в этой цепи. Поэтому для измерения разности потенциалов следует использовать компенсационный метод. К зондам 1 п 3 подключают

135

измерений, так как связан с необходимостью точной ус­ тановки образцов на 'Манипуляторах и с проведением

ют пленочные контакты специальной конфигурации, по­

136

схему с распределенными параметрами, анализ которой (аналогичный описанному в § 5.1) показывает, что

ряд последовательно соединенных контактов и участки для измерения сопротивлений пленок. На рис. 5.19 пока­ зан вариант установки для измерения переходного со­ противления этим методом. Ток в цепи, образованной последовательным соединением измерительной схемы и стандартного сопротивления, обеспечивается источни­ ком тока с высокой разрешающей способностью. Измере­ ние величины тока осуществляется подключением вольт­

альным выводам измерительной схемы. Установка по­ зволяет переключать полярности источника питания и измерительного прибора для выявления эффектов вы­ прямления в контакте.

137

Погрешность метода приблизительно пропорциональ­ на измеряемой величине. Поэтому результаты измерения имеют, как правило, логарифмически нормальное рас­ пределение.

Описанный выше метод особенно удобен в тех слу­ чаях, когда 'постоянно требуется проведение измерения переходного сопротивления боль­ шого количества образцов, на­ пример при исследовании влия­ ния технологии, различных атмо­ сферных условий и т. п. на пере­ ходное сопротивление или в слу­ чае необходимости постоянного контроля его величины в произ­

водственных условиях.

ной на поверхность подложки 2, с помощью специального клея 3, например, эпоксидной смолы, приклеивают алю­ миниевый штырь 4, к которому прикладывают осевую нагрузку W. Измеряется величина критической нагрузки W, приводящей к отрыву штыря вместе с некоторым уча­ стком пленки площадью А. Последнюю измеряют плани­ метрированием фотографии с известным увеличением, а адгезию F определяют как отношение

F=W'(A.

Этот метод в 'Принципе применим только для оценки ад­ гезии контакта в целом к подложке. Для измерения ад­ гезии пленок друг к другу он не 'пригоден потому, что •сцепление между металлическими пленками всегда силь­ нее, чем сцепление металлических пленок с диэлектриче­ скими подложками. Возможности метода ограничены прочностью используемого клея. Если адгезия 'превышает предел -прочности клея, она, очевидно, не может быть измерена.

138

Измерения, проведенные методом отрыва, обнаружи­ вают сильную дисперсию. По-видимому, результаты весьма чувствительны к составу и режиму затвердева­ ния клея, 'к состоянию поверхностей пленки и штыря, к форме .клееного соединения и т. д. Метод отрыва мож­ но использовать для ориентировочной или сравнительной •оценки низких значений адгезии. -В табл. 5.3 приведены

измеренные методом отрыва значения адгезии некоторых

к другу в пленочном контакте может быть использован другой метод [84], основанный на царапании слоя индентором из твердого материала. Установка для измерения адгезии этим методом показана на рис. 5.21.

К жесткому коромыслу 1, установленному на шарни­ ре 2, прикреплена корундовая игла 3 и подвижный груз W0, служащий для компенсации веса индентора и устрой-

W

Рис. 5.21. Схема установки измерения адгезии царапанием.

139