_{Министерство образования Республики Беларусь}

Учреждение образования

БелорусскиЙ государственный университет

информатики и радиоэлектроники

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по дисциплине

«Программно-управляемое технологическое оборудование»

Выполнил: студент гр. 990241

Молодило С.Т

Проверил: Телеш Е.В.

Минск 2024

Вопрос 1 Метод атомно-слоевого осаждения покрытий

Технология атомно-слоевого осаждения (ALD, Atomic Layer Deposition) происходит за счет последовательных самоограниченных газофазных химических реакций на поверхности изделия, что дает возможность наносить и осуществлять контроль роста очень ультратонких, высокооднородных и конформных слоев различных материалов на образцах разной формы. Схема процесса представлена на рисунке 1.

В отличие от традиционного метода CVD, прекурсоры не смешиваются и не взаимодействуют между собой до попадания на подложку, температуры осаждения лежат в более низком диапазоне (обычно 150-400℃) [1].

Основная часть. Отличительной особенностью ALD от методов химического и физического осаждения из газовой фазы является то, что контроль осаждения осуществляется не за счет источников (рисунок 2, а), а поверхностно - контролируемый методом (рисунок 2, б) [2]. Данная особенность позволяет получить следующие преимущества: конформность покрытия, высокую адгезию, контроль толщины, однородность покрытия, одно - или многокомпонентные слои.

Методом атомно–слоевого осаждения можно получать пленки из чистых материалов (Al, С, Si, Ti, Fe, Co, Ni, Ge и других), оксиды, нитриды и иные соединения. Широкое распространение описываемых метод получил в оптике, в полупроводниковой микроэлектронике, нанотехнологиях [3,4]. АLD часто используется для получения антикоррозионных, антифрикционных и декоративных покрытий для металлических деталей. Исследования показали, что технология атомно-слоевого осаждения позволяет защищать от коррозии не только плоские пластины, но и порошки металлов, а также 3D модели [5].

Сверхтонкие износостойкие пленки Al2O3 или Al2O3/TiO2(20-200 нм), нанесенные методом ALD, используются, как покрытия различной толщины на шарикоподшипниках (рисунок 3).

Однородность покрытия на 3D моделях препятствует возникновению царапин, а также улучшает износостойкость. В качестве антикоррозионных покрытий различных металлов применяют следующие покрытия: Al2O3, TiO2, Ta2O5 и Al2O3-TiO2 и другие [1,6].

В результате исследований в рамках проекта ЕС ”CORRAL” были получены следующие результаты: антикоррозионные свойства стали 100Cr6 в тестах с солевым туманом с покрытием PVD+ALD были существенно выше по сравнению со свой1ствами стали с покрытием, полученным методом PVD (рисунок 4).

Рисунок 4 - Сталь 100Cr6 в тестах с солевым туманом, NSS: а - пластина со слоем PVD до NSS теста; б - пластина со слоем PVD после 2х часов NSS теста; в - покрытие PVD+ALD до NSS теста; г - покрытие PVD+ALD после 670 часов NSS теста [2]

В результате исследований в рамках проекта ЕС ”CORRAL” были получены следующие результаты: антикоррозионные свойства стали 100Cr6 в тестах с солевым туманом с покрытием PVD+ALD были существенно выше по сравнению со свойствами стали с покрытием , полученным методом PVD (рисунок 4).

Метод ALD позволяет наносить абсолютно прозрачные тонкие пленки Al2O3 и TiO2, которые препятствующие потускнению серебряных изделий. Также метод позволяет, в зависимости от цели, подбирать оптимальную толщину пленки и количество слоев в ней. Ускоренный коррозионный тест Рисунок 3– ALD покрытия на поверхности шарикоподшипников а б Рисунок 2 - Качество покрытия 187 двух серебряных монет (48 часов пребывания в тиоацетамиде), показал, что монета без покрытия (рисунок 5, б) потемнела намного сильнее, чем монета с покрытием методом ALD (рисунок 5,а) [2].

Для производства часов важны показатели однородности, конформности, возможность создавать различные цвета для изделий из металла. Метод атомно-слоевого осаждения позволяет достигать данных целей. На рисунке 7 представлены элементы часов с различными покрытиями полученными методом ALD. Кроме того, метод атомно-слоевого осаждения позволяет снизить расход материала, так как достичь желаемого результата с использованием гораздо более тонких пленок.

Заключение. Метод атомно-слоевого осаждения позволяет создавать очень тонкие многослойные пленки различного состава, а также с высокой точностью контролировать их рост, что позволяет создавать покрытия с уникальными характеристиками. Однако, метод атомно-слоевого осаждения имеет низкую скорость осаждения и толщину получаемых пленок. Данные ограничения создают необходимость нанесения большого количества слоев на защищаемый металл.

Вопрос № 2 Оборудование для механических испытаний ИС

Оборудование для механических испытаний. Стандартом уста­новлены следующие виды механических испытаний ИС:

на отсутствие внутри корпуса частиц, способных вызвать нарушение работы прибора, например короткое замыкание вы­водов ИС;

на отсутствие кратковременных коротких замыканий и обры­вов в цепях электродов приборов;

на устойчивость к воздействию ударных и вибрационных на­грузок;

на устойчивость к воздействию линейного ускорения.

Оборудование для механических испытаний включает устрой­ство для создания различного вида нагрузок (вибрационных, ударных, линейных), узел закрепления приборов, а также уст­ройство для подключения приборов и создания требуемого электрического режима. При выявлении коротких замыканий и обры­вов используется соответствующая регистрирующая аппаратура.

Для создания ударных нагрузок на испытуемые приборы применяется стенд СУ-1.

Кинематическая схема ударного стенда СУ-1

 

Привод стенда включает электродвигатель 10, который через ременную передачу 9 и зубчатые передачи 1 и 7 вращает кулачок 6. Кулачок через ро­лик 5 поднимает стол 4 в крайнее верхнее положение, после чего стол падает вниз на упоры 2, перемещаясь на штоках 3. Зубчатые шестерни 1 и 7 получают смазку за счет разбрыз­гивания масла из ванны 8 при вращении кулачка 6. Приборы закрепляются на столе 4 в кассетах, при необходимости они могут подключаться к системе электропитания. Число ударов в единицу времени регулируется в диапазоне 10... 100 мин^-1 изменением числа оборотов электродвигателя постоянного то­ка 10. Ударная нагрузка изменяется подбором сменных про­кладок на упорах 2.

Кинематическая схема вибрационного стенда ВС-68

Вибрационный стенд ВС-68 позволяет создавать вибрационные нагрузки с частотой 10... 80 Гц и амплитудой колебаний 0,1... 0,5 мм. Имея грузоподъемность до 15 кг, стенд обеспечивает линейные вибрационные ускорения в преде­лах 0,49... 246 м/с² (0,05...25 g). Кассеты с приборами за­крепляются на рабочем столе 1, связанном через шток 2, шай­бу 3, амортизационную пружину 4 и сферическую шайбу 5 с вибратором 6. Для создания вибраций электродвигатель 11 через ременную передачу 10 и пару зубчатых колес 9 вращает валы 7 и 8. Закрепленные на валах подвижные 13 и неподвижные 12 секторы вращаются с одинаковой угловой скоростью в противоположных направлениях. Подвижные секторы размеща­ются ассимметрично относительно неподвижных, поэтому при их вращении вертикальные составляющие неуравновешенных инерционных сил суммируются, приводя к вертикальным пере­мещением вибратора 6 и стола 1. Амплитуду колебаний регу­лируют перемещением подвижных секторов относительно непо­движных, частота колебаний регулируется изменением частоты вращения электродвигателя.

При необходимости испытаний ИС при повышенных часто­тах вибрации (500... 1000 Гц) используют электродинамиче­ские вибрационные стенды. В таких стендах стол с приборами получает вибрации от сердечника, помещенного в переменное электромагнитное поле.

Испытания на отсутствие кратковременных обрывов и ко­ротких замыканий проводятся соответственно на ударных и вибрационных стендах. Приборы подключаются к индикаторным устройствам, регистрирующим импульсные сигналы в случае кратковременных коротких замыканий или обрывов.

При испытаниях ИС на устойчивость к воздействию линей­ных ускорений, проводимых на центрифугах, проверяется спо­собность приборов выполнять свои функции при инерционных нагрузках. Контролируются также прочность присоединения кри­сталла прибора к корпусу и выводов к контактным площадкам, качество герметизации прибора.

Приборы считаются выдержавшими механические испытания, если у них не было обнаружено нарушений контактов, коротких замыканий и обрывов в цепях электродов, а также их электри­ческие параметры не вышли за пределы, установленные техни­ческими условиями.

Оборудование для климатических испытаний. Климатическое испытательное оборудование предназначено для проведения ис­пытаний ИС на тепло-, холодо- и влагоустойчивость, на устой­чивость к циклическому воздействию температур, пониженного и повышенного давления, морского тумана, на грибоустойчивость.

Для испытаний на устойчивость к воздействию климатиче­ских факторов применяется специализированное и универсальное оборудование различной степени автоматизации.

Рассмотрим на примере установок для испытаний на влаго­устойчивость и на циклическое воздействие температур особен­ности оборудования для климатических испытаний ИС.

Камера тепла и влаги КТВ-0,16-155, предназначенная для испытаний на влагоустойчивость, показана на рисунке ниже.

Схема камеры тепла и влаги КТВ-0,16-155

Автоматические системы регулируют влажность в пределах (50...... 100) ±3 % и температуру в диапазоне 298... 428 К (25...155°С) с погрешностью ±(2... 5)К. Нагрев воздуха и его циркуляция внутри камеры осуществляются нагревателем 3 и вентилятором 9. Для контроля и поддержания температуры используются датчик4 и регулятор температуры 5, оснащенный самопишущим прибором. В случае превышения заданной тем­пературы через заслонку 10из камеры выпускается горячий воздух, а через заслонку 2 подается холодный воздух. Аварий­ный термометр 8 отключает нагреватель и включает систему сигнализации при резком повышении температуры в случае неисправностей нагревателя или системы регулирования темпе­ратуры.

Система создания влажности включает увлажнитель 13 с нагревателем 14, контрольным термометром 12 и бачком 11 для поддержания уровня воды в увлажнителе. Центробежный вентилятор 1 обеспечивает циркуляцию увлажненного воздуха в замкнутой системе камера — вентилятор-испаритель — камера. Для контроля и поддержания требуемой влажности используется психрометр 6, датчик 7 которого устанавливается в камере.

Установка термоциклирования ТО-5081 содержит одну рабо­чую камеру проточного типа, в которой испытываемые приборы находятся в течении всего периода испытаний. При этом приборы попеременно подвергаются воздействию газа высокой до 398 К (+125С) и низкой до 213 К (-60C) температур.

Рабочая камера 10(рисунок ниже) выполнена, в видетонко­стенной оболочки толщиной 0,8 мм из нержавеющей стали, усиленной швеллерообразным профилем из той же стали. Ка­мера связана с верхним 1 и нижним 11 переключателями по­тока газов, представляющими собой тонкостенные стаканы, вращающиеся в текстолитовом корпусе на насыпных шарико­подшипниках большого диаметра.

Схема полуавтомата термоциклирования ТО-5081

Контур тепла установки содержит основной канал 7 и вспо­могательный 5, контур холода — основной канал 12 и вспомога­тельный 13. Во вспомогательных каналах размещены поворотные устройства 2 и 14.

После загрузки испытуемых изделий в рабочую камеру пе­реключатели потока газов устанавливаются в такое положение, при котором камера сообщается с контуром тепла. При этом поворотные запирающие устройства 2 и 14 закрывают вход во вспомогательный канал 5. Создаваемый центробежным венти­лятором 9 поток газа, нагретый до заданной температуры элек­трическим нагревателем, циркулирует через камеру в основной канал, образуя рабочий замкнутый контур. В это время испы­туемые изделия будут нагреваться до заданной температуры. Одновременно создаваемый вторым центробежным вентилятором поток газа, охлажденный испаряющимся жидким азотом, цирку­лирует по основному каналу 12 и вспомогательному каналу 13, образуя холостой замкнутый контур. Таким образом, в уста­новке одновременно циркулируют два потока газа: рабочий — через камеру с изделиями и один из основных каналов (тепла или холода) и холостой в контуре с противоположной темпе­ратурой для поддержания ее на заданном уровне. В канале тепла установлен нагреватель 8 модульной конструкции, со­стоящий из шести одинаковых нагревательных элементов. Каж­дый из элементов выполнен из двух отдельных открытых спи­ралей, закрепленных на керамических трубках, расположенных в шахматном порядке в каркасе из нержавеющей стали.

В центре камеры 10 расположен блок термоэлементов 6, служащий датчиком в системе регулирования температуры. В патрубке 3 дополнительно установлено термореле 4 для аварийного отключения полуавтомата в случае превышения нормы температуры в рабочем канале. Температура в рабочем и холостом контурах поддерживается системой терморегулиро­вания. По истечении времени выдержки изделий при повышен­ной температуре переключатели каналов автоматически подклю­чают канал холодного воздуха к рабочей камере, а канал теп­лого— в режим холостого хода.

В полуавтомате ТО-5081 количество циклов задается зара­нее специальным устройством на пульте управления, и по исте­чении времени всех циклов полуавтомат отключается и сигна­лизирует об окончании испытаний.

Основные технические данные полуавтомата термоциклирования ТО-5081:

Полезный объем камеры....... 80 дм³

Удельный расход жидкого азота на 1кг испы­туемых изделий в 1 ч........ 4 кг

Расход сжатого воздуха....... 5 м³/ч

Максимальная масса испытуемых изделий, одно­временно загружаемых в камеру..... 43 кг

Диапазон рабочих температур......208... 473 К(—65...+200°С)

Колебания температуры в точке.....±2 К

 

Вопрос №3 Оборудование для измерения I-V и C-V- характеристик

Установка бесконтактного измерения электрических характеристик FAaST 210/230 C-V/I-V

В установке FAaST 210/230 реализуется бесконтактный принцип измерения C-V и I-V характеристик, основанный на запатентованной технологии коронного разряда и зонда Кельвина (патент Semilab SDI). Важнейшими отличительными особенностями технологии, в сравнении с контактными методами измерений электрических параметров, является отсутствие необходимости формирования металлического контакта к поверхности и неразрушающий характер измерений. Это позволяет проводить измерения как на рабочих пластинах, так и на тестовых структурах.

Загрузка пластин осуществляется в автоматическом режиме из кассеты. Установка FAaST 210/230 C-V/I-V позволяет выполнять автоматическое картирование пластины и анализировать данные посредством встроенного программного обеспечения. В модели FaAST 230 доступен метод контроля подвижных ионов (Mobile Charge) железа (Fe), меди (Cu), натрия (Na) в кристаллической структуре кремниевой пластины, которые могут оказывать отрицательные воздействия на электрические свойства подзатворного диэлектрика и параметры транзистора в целом под воздействием электрического поля. Для каждого из используемых методов измерений, в установке имеется функция автоматической калибровки, благодаря наличию встроенных калибровочных структур. Модульность установок серии FAaST позволяет сконфигурировать систему как для научно-исследовательских задач, так и для серийного производства. Доступны тестовые измерения образцов в лаборатории производителя.

Измеряемые материалы:

• Профиль легирования в эпитаксиальных слоях кремния p/p+, n/n+, n/p

• Диэлектрические пленки на кремнии (Si)

• Металлические примеси в кремниевой пластине

• Диэлектрические пленки на карбиде кремния (SiC)

• Диэлектрические пленки на арсениде галлия (GaN)