Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы технологии электронной компонентной базы. Учебно-методическое пособие
.pdf
№ 2594
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС»
Кафедра технологии материалов электроники
О.И. Рабинович
Д.Г. Крутогин
С.Ф. Маренкин
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
С.В. Подгорная
Основы технологии электронной
компонентной базы
Учебно-методическое пособие
Рекомендовано редакционно-издательским
советом университета
Москва 2015
УДК 621.318.1
О-75
Рецензент
канд. техн. наук, доцент М.Н. Орлова
Основы технологии электронной компонентной базы : учеб.О-75 метод. пособие / О.И. Рабинович [и др.]. – М. : Изд. Дом МИСиС,
2015. – 59 с.
В пособии излагаются теоретические основы технологических процессов
роста полупроводниковых материалов и методы контроля в рамках курса
«Основы технологии электронной компонентной базы».
Пособие предназначено для студентов, обучающихся по направлению
11.04.04 – «Электроника и наноэлектроника» в качестве бакалавров, магистров и инженеров, и может быть полезно при выполнении лабораторных работ, подготовке магистерских диссертаций и дипломных работ.
УДК 621.318.1
Рабинович О.И., Крутогин Д.Г.,
©
Маренкин С.Ф., Подгорная С.В., 2015
НИТУ «МИСиС», 2015
©
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие..............................................................................................5
Глава 1. Измерение предельного вакуума и быстроты действия
турбомолекулярного насоса ................................................................6
Глава 2. Измерение удельного сопротивления металлических
и полупроводниковых слоев четырехзондовым методом ..............14
2.1. Теоретическое введение.............................................................. 14
2.1.1. Объемные монокристаллы................................................... 14
2.1.2. Полупроводниковые пластины ...........................................16
2.1.3. Эпитаксиальные слои и слоистые структуры ....................17
2.1.4. Погрешности четырехзондового метода ............................19
2.2. Порядок выполнения работы...................................................... 22
2.3. Порядок выполнения работы...................................................... 23
2.4. Обработка результатов измерений............................................. 24
Глава 3. Определение глубины залегания
методом сферического шлифа........................................................... 26
3.1. Теоретическое введение.............................................................. 26
3.2. Порядок выполнения работы...................................................... 28
3.3. Обработка результатов................................................................ 28
Глава 4. Исследование оптических свойств тонкопленочных
структур методами спектрофотометрии...........................................30
4.1. Теоретическое введение.............................................................. 30
4.1.1. Спектрофотометрия поглощения ........................................ 30
4.1.2. Спектрофотометрия отраженного излучения .................... 35
4.1.3. Спектрофотометрия излучения ...........................................36
4.2. Порядок выполнения эксперимента ..........................................38
4.3. Указания по охране труда........................................................... 40
4.4. Порядок проведения измерений................................................. 40
4.4.1. Измерение коэффициента пропускания ............................. 40
4.4.2. Измерение спектра
излучения полупроводниковой
структуры ............................................................................................ 41
4.4.3. Измерение коэффициента отражения................................. 41
4.5. Обработка результатов................................................................ 42
Глава 5. Исследование кинетики процесса ионного обмена ..........43
5.1. Ионообменные процессы............................................................ 43
5.2. Емкость ионита ............................................................................45
5.3. Кинетика процесса ионного обмена ..........................................47
5.3.1. Стадии процесса ионного обмена ....................................... 47
р-n-перехода
3
5.3.2. Общая скорость прогресса ионообмена.
Лимитирующие стадии .................................................................. 48
5.3.3. Пленочная кинетика .............................................................48
5.3.4. Гелевая кинетика .................................................................. 49
5.3.5. Кинетика ионообмена в колоннах....................................... 51
5.4. Конструкция установки, используемые материалы................. 52
5.5. Порядок проведения работы и указания по технике
безопасности ....................................................................................... 54
5.6. Обработка результатов эксперимента .......................................56
5.7. Требования к отчету.................................................................... 57
4
ПРЕДИСЛОВИЕ
Современное технологическое оборудование электронной промышленности характеризуется комплексом сочетающихся функциональных и контрольных процессов и требует высокопрофессионального обслуживания и длительной предпусковой подготовки. По всем
этим обстоятельствам изучение свойств полупроводников вписывается в учебный процесс.
Разделы соответствуют программе курса «Основы технологии
электронной компонентной базы» для направления подготовки
11.04.04 – «Электроника и наноэлектроника».
точно широкий выбор параметров технологических процессов (исходных веществ, легирующих примесей, рабочих концентраций,
конструктивных параметров оборудования), допускающий индивидуализацию заданий по выполнению экспериментальных исследований важнейших свойств и характеристик полупроводниковых материалов.
Предусмотрен доста-
5
Глава 1
ИЗМЕРЕНИЕ ПРЕДЕЛЬНОГО ВАКУУМА
И БЫСТРОТЫ ДЕЙСТВИЯ
ТУРБОМОЛЕКУЛЯРНОГО НАСОСА
Цели работы: получение практических навыков работы с турбо-
молекулярным насосом, а также ознакомление с методикой измерения его основных характеристик.
1.1. Теоретическое введение
Турбомолекулярные вакуумные насосы широко применяются для
откачки газов в электротехнической, электронной, атомной, авиационной, химической и других отраслях промышленности.
Турбомолекулярные насосы обладают следующими преимуществами перед другими высоковакуумными средствами откачки:
– удаляют газ из сосуда, а не сорбируют его на рабочих органах,
как крионасосы, электрофизические насосы различного типа и адсорбционные;
– не загрязняют среду откачиваемого сосуда парами углеводородов или другими рабочими телами, как диффузионные насосы, насосы с распылением титана и др.;
– имеют большую быстроту действия при откачке газов с малой
молекулярной массой, обычно трудно удаляемых из высоковакуумных систем;
– отличаются технологичностью конструкции при обеспечении
большой быстроты действия.
Отмеченные
ляют области их применения:
– создание и поддержание остаточного давления в пределах
–7
–10
…10
10
углеводородов и другими рабочими веществами недопустимо;
– откачка неконденсирующихся газов (Н
умных системах;
– в установках нанесения пленок металлов, масс-спектрометрии, в
ускорителях элементарных частиц, а также в установках для имитации космических условий и т.д.
преимущества турбомолекулярных насосов опреде-
Па при откачке сосудов, загрязнение сред которых парами
, Не, Ne) в высоковаку-
2
6
Турбомолекулярные насосы работают в области молекулярного
потока, где геометрические размеры лопаток меньше длины свободного пути молекулы. Попадая на вход насоса, молекулы получают от
быстродвижущейся рабочей лопатки импульс движения в требуемом
направлении откачки. Следовательно, необходимо, чтобы круговая
скорость лопаток ротора была одного порядка со средней молекулярной скоростью. Создавая соответствующую конфигурацию
роторных и статорных лопаток, достигают такого состояния, когда вероятность прохождения молекул с высоковакуумной стороны к форвакуумной была значительно больше, чем в обратном направлении.
Конструкция турбомолекулярного насоса представлена на рис. 1.1,
1.2. В корпусе насоса установлены неподвижные статорные диски.
Вращающийся ротор представляет собой вал с расположенными на
нем рабочими колесами
, выполненными в виде дисков с косыми радиальными пазами либо в виде лопаточных колес (лопатки устанавливаются под определенным углом к торцевой поверхности втулки).
Если рабочие колеса выполнены в виде дисков с прорезями, в статорных колесах такой же формы прорези выполняют зеркально по
отношению к прорезям роторных колес. Если
рабочие колеса имеют
лопатки, то и статорные колеса изготавливают с лопатками, устанавливая их обычно под тем же углом, но в зеркальном отражении по
отношению к углу установки лопаток рабочего колеса. Роторные колеса выполняются в виде дисков с прорезями. В статорных колесах
имеются зеркально расположенные прорези такой же формы.
В
корпусе 2 установлены неподвижные статорные колеса 4, меж-
ду которыми вращаются колеса 3, закрепленные на роторе 1
Откачная характеристика (зависимость быстроты действия от отношения входного и выходного давлений) турбомолекулярных насосов определяется прежде всего откачными характеристиками рабочих колес, главным образом двумя основными параметрами: максимальной быстротой откачки при
отношении давлений, равном единице, и максимальным отношением давлений при быстроте откачки,
равной нулю.
Теоретические зависимости максимальной быстроты откачки рабочего колеса и создаваемого им максимального отношения давлений от геометрических характеристик межлопаточных каналов или
пазов выводят на основании теоретических моделей перехода молекул газа через колесо с учетом законов взаимодействия
их со стенка-
ми межлопаточных каналов.
7
5
1 1 3 2 6 7 8 9 10
4
Рис. 1.1. Схема турбомолекулярного насоса «Турбовак–360»:
1 – подшипник; 2 – канал охлаждения; 3 – электродвигатель;
4 – форвакуумный фланец; 5 – защитная сетка; 6 – высоковакуумный
фланец; 7 – статор; 8 – ротор; 9 – пробка канала смазки; 10 – несущий вал
Рис. 1.2. Конструкция турбомолекулярного насоса:
а – вид фронтальный; б – вид сбоку
Вероятность перехода молекул газа на противоположную сторону
рабочего колеса выражает часть общего числа молекул газа, попавших
8
в торцевое сечение межлопаточных каналов и перешедших на его про-
2 3 1 13 12 11 10
тивоположную сторону, и зависит от геометрии канала, окружной
скорости колеса, скорости теплового движения молекул, а также закона взаимодействия молекул со стенками межлопаточных каналов.
Быстроту действия насоса при давлении ниже 0,1 Па измеряют
методом двух манометров. Схема установки для испытаний турбомолекулярных
насосов и агрегатов представлена на рис. 1.3.
5
4
6
7
8
9
Рис. 1.3. Схема установки для испытаний турбомолекулярных насосов
и агрегатов по методу двух манометров: 1 – испытуемый насос;
2 – измерительная камера; 3, 7, 11 – манометрические преобразователи;
4 – натекатель камеры; 5 – напускная трубка; 6 – напускная камера;
8 – диафрагма; 9 – нагреватель камеры; 10 – нагреватель насоса;
12 – форвакуумный насос; 13 – натекатель
Метод двух манометров основан на измерении перепада давлений
на элементе с известной проводимостью U и применяется для измерения стационарных или медленно изменяющихся во времени газовых потоков. Работу по методу двух манометров (см. рис. 1.3) проводят в следующем порядке. Откачивают измерительную камеру 2 до
предельного остаточного давления. Закрывают натекатель камеры 4
и снимают заглушку с его входного отверстия. С помощью натекателя в нижней части камеры (под диафрагмой 8) устанавливают по
нижним манометрам давление р
ним манометрам давление р
. Одновременно измеряют по верх-
т
в верхней части камеры 6. Проводят не
вх
9
менее трех измерений для различных значений рвх. Быстроту дейст-
UM
KT
вия насоса S, л/с, вычисляют по уравнению
P
и
1,
где U
– проводимость диафрагмы, л/с.
d
SU
=−
d
P
вх
(1.1)
Проводимость диафрагмы 8 выбирают в зависимости от ожидае-
мой быстроты действия испытуемого насоса. Рекомендуется принимать U
= 1/10 быстроты действия насоса.
d
Диаметр диафрагмы d, мм, определяют по формуле
2
d
– коэффициент Клаузинга;
где К
к
0,187 ,
d
=⋅ (1.2)
4
2
u
М – молярная масса газа, кг/моль;
Т – абсолютная температура, К.
Рекомендуемая толщина диафрагмы 30,5 мм. Предел допускае-
мых погрешностей при измерении потоков газа приведен в табл. 1.1.
Таблица 1.1
Поток газа, Па·м
Более 1
1…10–4
Менее 10–4
3
/с Погрешность, %
±3
±5
±20
Во время работы, в дополнение к данной теоретической базе, определение быстроты действия турбомолекулярного насоса проводится по
методу постоянного давления. Схема установки приведена на рис. 1.4.
В предварительно откачанной до предельного давления камере 3 с
помощью натекателя 6 устанавливают давление p
. Вентиль 7, соеди-
i
няющий бюретку 8 с атмосферой, закрыт.
Стационарный поток воздуха Q (одинаковый в камере и в бюретке) измеряется с помощью бюретки по поднятию в ней вакуумного
масла. Поток Q
натекателя и быстроты откачки S
10
и давление в камере pi зависят от степени открытия
i
.
h
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]