Отримання шарів окислу на поверхні кремнієвої підкладки. Застосування шарів SiO2 в технології мікроелектроніки.

Методи отримання шарів оксиду кремнію поділяють на дві групи:

 методи, засновані на хімічній реакції при взаємодії матеріалу пластини з окислювачем;

 методи, засновані на формуванні окисної фази при поставці готових кремнієкисневих асоціацій із зовнішнього середовища.

У планарній технології частіше всього використовують (або можливе використовування) таких методів:

 термічне окислення кремнію;

 осадження оксиду кремнію за допомогою піролізу силанів;

 анодне окислення в розчинах електроліту;

 окислення в тліючому розряді (низькотемпературній кисневій плазмі), плазмохімічне осадження;

 осадження оксиду за допомогою хімічних реакцій перенесення;

 реактивне катодне розпилювання кремнію;

 окислення пористого кремнію.

У виробництві напівпровідникових ІМС важливу роль відіграють шари оксиду кремнію, який має маскуючі, діелектричні, ізолюючі і захисні властивості. В конструкції напівпровідникових ІМС ці шари використовують для ізоляції елементів, як діелектрик підзатвора в МДН-транзисторах і діелектрик в МДН-конденсаторах, як підкладка для розміщення контактних площадок і внутрішньосхемних з'єднань з металевих плівок, для міжшарової ізоляції розведення і захисту кристалів.

У технології виготовлення напівпровідникових ІМС головне призначення шарів , створення маски, необхідної при локальному обробленні напівпровідникових пластин. Крім того, шари використовують як джерело домішок при легуванні напівпровідників.

 

 

Билет 25

1.1) Оптимальний приймач - приймач, який забезпечує максимум завадостійкості при заданих сигналах і заданої перешкоди. Потенційна завадостійкість - та межа завадостійкості прийому при заданому методі передачі та заданому рівні перешкоди. Оптимальний приймач найкращим чином обробляє вступник на його вхід сигнал. Він забезпечує велике відношення сигнал / шум і маленьку імовірність помилки одночасно. Такий приймач називається приймачем Котельникова. Приймач Котельникова називається ще когерентним, тобто потрібно знати всі параметри сигналу і коли він передавався.

Оптимальний приймач - приймач Котельникова, або когерентний приймач з оптимальним фільтром. Оптимальність прийому - найкраще з можливих якість прийому.

 

Правило оптимального прийому, що використовується приймачем Котельникова:

, то S1 - для P (S1) = P (S2) = 0.5

Для P (S1) (P (S2):

, то S1

Алгоритм роботи приймача Котельникова: На вхід схеми надходить сигнал x (t) = Si (t) + n (t), де n (t) - перешкода. Два опорних генератора Г виробляють сигнали S1 (t) і S2 (t) - гармонічні сигнали, аналогічні сигналами S1 (t) S2 (t) - на виході модулятора. З вхідного сигналу віднімаються пристроях віднімаються сигнали опорних генераторів S1 (t) і

S2 (t). отримана різниця надходить на квадратори, інтегруються в інтегратора за період елементарної посилки Т. потім два отриманих сигналу порівнюються схемою порівняння, яка приймає рішення і видає на виході декодувати сигнал (число) S1 або S2. Якщо ймовірності сигналів неоднакові, то в схемі додається 2 вирівнювача (показані пунктиром)

Таким чином оптимальний приймач для розділення бінарних сигналів складається з двох однакових гілок, на які заводяться очікувані (або відомі) значення рівнів сигналів «0» і «1» і вирішальне пристрій перекидається в бік більшого значення середнього рівня потужності в ті й чи іншої гілки.

Отже, в приймачі Котельникова залежить ймовірність помилки не від відношення потужності сигналу до потужності перешкоди, а від відношення енергії сигналу до спектральної щільності перешкоди.

Зазначимо, що оптимальний приймач, є кореляційним, сигнал з його виході є функцію кореляції прийнятого і очікуваного сигналів, завдяки чому забезпечується максимально-можливе відношення сигнал/шум. Оскільки визначення функції кореляції є лінійної, її можна реалізовувати деякому лінійному фільтрі, характеристики якого є такими, причетне сигнал/шум з його виході виходить максимальним. Завдання оптимальної фільтрації безперервного сигналу ставиться те щоб обробивши ухвалений сигнал, дістати виході приймача сигнал, найменш відрізняється від переданого сигналу. Виконання цього завдання полягає в з трьох основних припущеннях:

 

- Сигнал S(t) і перешкода w(t) є стаціонарні випадкові процеси;

 

- Операція фільтрації передбачається лінійної;

 

- Критерієм оптимальності вважається мінімум середньоквадратичної помилки.

1.2) Если подобрать линейную цепь так, чтобы напряжение на её выходе с точностью до произвольного множителя k воспроизводило бы взаимокорреляционную функцию (с некоторым запаздыванием t0), т.е.

 

то её импульсная характеристика должна удовлетворять равенству

Это может быть проиллюстрировано на следующем примере (см. рис. 2)

 

Импульсная характеристика является зеркальным отображением сигнала

 

 

Рис. 2

 

Линейная система, имеющая такую импульсную характеристику, называется оптимальным фильтром. Она выполняет операцию вычисления взаимной корреляционной функции. Чтобы сигнал на выходе появился после прихода сигнала, должно выполняться условие Оптимальный фильтр является лучшим по критерию получения на выходе максимального отношения сигнал-шум при заданной форме сигнала и интенсивности белого шума на его выходе.

 

При обнаружении узкополосного радиосигнала

 

 

Где -медленно меняющиеся огибающая и фаза узкополосного сигнала, импульсная характеристика фильтра должна иметь вид

 

 

где звездочка означает комплексно-сопряженную функцию. Если сигналы имеют очень сложную форму или имеют очень большую длительность, то построение оптимальных фильтров для них является очень сложной задачей.

 

1.3) Так как пиковое значение выходного сигнала

 

 

где -полная энергия сигнала, а мощность шума на выходе

 

то отношение пика мощности сигнала к мощности выходного шума равно.

 

Таким образом, отношение сигнал-шум на выходе оптимального фильтра зависит от энергии сигнала на входе и не зависит от его формы, причем в этом случае обеспечивается максимально возможное отношение сигнал-шум, и следовательно, максимально возможная вероятность правильного обнаружения этого сигнала при заданном уровне вероятности ложной тревоги.

 

Если на входе приемника действует не белый шум, а шум, имеющий неравномерную спектральную плотность мощности, то оптимальный фильтр строится в виде последовательно соединенных двух линейных фильтров (см. рис.7).

 

 

Рис. 7

 

Первый фильтр выбирается таким образом, чтобы шум на его выходе стал белым, т.е. если на входе шум описывается характеристикой , то на выходе фильтра должно выполняться на всех частотах. Следовательно

Для сигнала на выходе первого фильтра будем иметь

Характеристика второго фильтра должны быть согласована с сигналом , т.е.

 

 

Частотная характеристика цепочки определяется выражением

 

 

Таким образом, такой оптимальный фильтр ослабляет те участки спектра входного колебания, которые соответствуют наиболее интенсивным спектральным составляющим шума.

 

Отношение сигнал-шум здесь составляет

1.4) Чтобы различать регулярную и случайную комплексные амплитуды, последнюю

обозначим буквой X. Мы ограничимся далее рассмотрением гауссовских случайных

величин с нулевым средним значением (< X >=0). Угловые скобки обозначают

статистическое среднее. Полный набор случайных комплексных амплитуд Xn (n =1÷ N) для

всех элементов АР для одного и того же момента времени представим в виде вектора-

столбца X =(X1, X2,… Xn,… XN) T, где верхний индекс “ T ” обозначает операцию

транспонирования. Многомерная функция плотности вероятности совокупности

комплексных случайных величин Xn имеет следующий вид [32]

где верхний индекс “ H ” обозначает эрмитовое сопряжение, т.е. операции

транспонирования и комплексного сопряжения выполняются одновременно.

Матрица M, входящая в (1.18), называется КМ совокупности случайных величин Xn и

по определению равна

где < > обозначает статистическое среднее.

Как видно из формулы (1.18), статистические свойства совокупности гауссовских

комплексных случайных величин Xn полностью определяются КМ (1.19).

В развернутом виде матрица М может быть представлена следующим образом

где (.)* - обозначает комплексное сопряжение.

Диагональный элемент этой матрицы дает среднюю мощность узкополосного

случайного сигнала в соответствующей приемной антенне. Недиагональные элементы

дают функции корреляции сигналов в различных элементах. Симметричные относительно

диагонали элементы матрицы являются комплексно сопряженными. Такая матрица

называется эрмитовой.

 

 

2.1) Робота генераторів, підсилювачів та помножувачів частоти на лавинно-пролітному діоді базується на явищі лавинного пробою -переходу.

Частота генератора на лавинно-пролітному діоді змінюється при зміні:

• розмірів резонатора;
• робочого струму.

ЛПД звичайно працює в режимі "розвинутого" пробою, коли різко зростає

робочий струм. На рис. 6.6 показана статична вольт-амперна характеристика

ЛПД. Залежність у робочій області струмів дуже крута і струм ЛПД

необхідно обмежувати зовнішнім колом, в іншому випадку лавинний пробій

перейде в тепловий і діод вийде з ладу. Якщо ж діод підключений до

резонансної системи LC (рис. 6.7) і до діода, крім постійної напруги,

прикладена змінна, то в моменти негативних напівперіодів струм у діоді буде

різко зростати, а в моменти позитивних напівперіодів – припинятися (рис. 6.8).

Таким чином, у діоді під дією змінної напруги утворяться імпульси

струму.

У пролітній області потік носіїв заряду взаємодіє з полем НВЧ протягом часу, обумовленого товщиною пролітної області W і швидкістю руху носіїв .

Вибираючи товщину W, встановлюють таке значення, при якому

фазове зрушення між струмом першої гармоніки і напругою близьке до π. При

цьому наростання напруги весь час буде супроводжуватися зменшенням

струму, а зменшення напруги, навпаки – ростом струму (рис. 6.9).

Це свідчить про те, що для даної частоти змінної напруги протягом усього

періоду коливань виконується умова негативного диференційного опору, тобто

. Отже, завдяки інерційності лавинного, процесу й наявності

пролітного проміжку виконується умова фазування , а енергія

потоку носіїв заряду передається полю, що обумовлює генерацію коливань

НВЧ. Необхідна умова існування коливань:

 

де – період коливань генератора;

– час запізнювання струму щодо напруги на діоді.

Ця умова визначає діапазонність генератора на ЛПД. Оскільки при перебудові зовнішнього резонатора зсув фаз між напругою і струмом першої гармоніки уже не дорівнює π, то генеруюча потужність зменшується. При підвищенні частоти генеруючих коливань потрібно зменшувати довжину пролітного простору і, отже, товщину шару лавинного множення. При постійній напруженості E це викликає необхідність зменшувати робочу напругу, що у свою чергу призводить до зниження генеруючої потужності.

Даний режим роботи ЛПД називають пролітним (IMPATT). у цьому режимі генерують коливання в діапазоні 1...340 ГГц. Режим характеризується ККД, приблизно рівним 30 %.

У ЛПД, крім пролітного режиму, можливий також аномальний режим, чи режим із захопленою плазмою (TRAPATT), що базується на двох фізичних явищах: існуванні захопленої плазми й періодичному переміщенні області лавинного пробою вздовж пролітної ділянки.

Для реалізації аномального режиму потрібна спеціальна коливальна система та діод зі структурою p+-n-n+-типу (рис. 6.10).

До діода повинен бути прикладений імпульс з амплітудою, що перевищує значення пробивної напруги приблизно у два рази. На відміну від пролітного режиму, у якому область лавинного множення зосереджена на p+-n- границі переходу, в аномальному режимі область лавинного множення охоплює всю n-область. Унаслідок високої провідності плазми напруга на діоді різко падає, а струм залишається великим, що забезпечує негативний динамічний опір приладу. Зниження напруженості електричного полю приводить до зменшення швидкості дрейфу електронів і дірок (згустків плазми), тому час розсмоктування плазми значно більший за час прольоту електронами області

дрейфу ЛПД у пролітному режимі. Таким чином, при одній і тій же ширині n-області частота коливань в аномальному режимі в кілька разів менша, ніж у пролітному.

Аномальний режим використовують у сантиметровому діапазоні хвиль, причому внаслідок того, що необхідно працювати з великими струмами й важко розсіювати велику потужність, у ЛПД використовують імпульсний режим із тривалістю імпульсу ~1 мкс. Діапазоні частот 1...4 ГГц. Від одного діода може бути отримана потужність більша 100 Вт, при ККД до 25...40%, на частотах ~10 ГГц імпульсна потужність досягає 30 Вт.

Конструкції ЛПД постійно удосконалюються. Поряд з германієвими та кремнієвими діодами використовуються діоди на арсеніді галію, у тому числі з бар'єром Шотки. Крім діодів з одним пролітним простором (однопрогонових), використовуються діоди з двома пролітними просторами. Удосконалюються способи відводу тепла від переходів, у результаті чого з'являється можливість збільшити вихідну потужність ЛПД.

 

3) Типовая схема технологического процесса производства в электронной технике

 

Удосконалення конструкцій, підвищення їх надійності при довготривалій експлуатації у багатьох випадках стає можливим завдяки використанню композицій із різних матеріалів. Безумовно, створення з’єднання із різнорідних матеріалів ускладнює технологію його формування. Для створення нерознімних з’єднань застосовують зварювання і паяння. У загальному розгляді при створенні нерознімного з’єднання кінцевою метою є з’єднання, яке має характеристики, рівні за своїми параметрами, з матеріалом, що з’єднується. Характерним є те, що такі вимоги в багатьох випадках можуть бути виконані для статичних навантажень. При знакозмінному, особливо вібраційному навантаженні наявність гетерогенної структури в нерознімному з’єднанні обумовлює нерівнозначність характеристик основного металу і з’єднання. Структурні складові нерознімного з’єднання – дифузійні зони, метал шва, зони з’єднання металу шва і основи – створюють гетерогенність, що суттєво впливає на сприйняття вібраційних навантажень різного виду дії – розтягування, скручування, зріз, удар – зокрема кожного і при їх комбінації.

 

Рівної міцності за всіма характеристиками з основним металом нерознімні з’єднання створені в наш час завдяки досягненням матеріалознавства технології зварювання. Застосування фізичних методів впливу – магнітного поля, ультразвуку, імпульсного плавлення, керування напрямком і величиною градієнта температури при кристалізації – дозволяють цілеспрямовано формувати структуру нерознімних з’єднань. Поряд з фізичними методами при створенні нерознімних з’єднань застосовують мікролегування розплавленого металу для створення найбільш прийнятної структури складових з’єднання. Надзвичайно широкі перспективи в цьому напрямку надає застосування наноматеріалів [1-3].

Дослідження фізико-хімічних особливостей формування нерознімних з’єднань при зварюванні є окремою галуззю науково-практичних знань, в якій успішно працюють науковці та інженери індустріально розвинених держав. Окремі і узагальнені відомості про досягнення в зварювальній технології наведені в численній науково-технічній літературі.

Поряд зі зварюванням у сучасній техніці і технології велике значення має паяння і об’єм його застосування. Паяння у загальному визначенні є процесом з’єднання матеріалів у твердому стані припоєм, який має нижчу, ніж у матеріалу, що паяється, температуру плавлення. При розплавлюванні припій затікає в зазор, змочує поверхні, що паяються, і при кристалізації утворює паяний шов.

Паяння є одним з найстаріших способів з’єднання матеріалів, що застосовувався при виготовленні ювелірних виробів, зброї та побутового обладнання. У наш час паяння є потужним методом створення з’єднань майже в усіх галузях машинобудування. Неодмінною умовою формування паяного з’єднання є здатність розплавленого припою змочувати і розтікатися по поверхні матеріалу, з’єднуватися з його кристалічною ґраткою силами поверхневого зв’язку або силами, обумовленими взаємною дифузією елементів. Процеси утворення зв’язків повинні мати незворотний характер і при охолодженні не руйнуватись.

З’єднання, що формуються силами поверхневого зв’язку, належать до області низькотемпературного паяння, в якому температура плавлення припою не перевищує 4000С. Ця широка область охоплює паяні з’єднання, що застосовуються в електроніці, електротехніці, теплотехніці, ювелірному виробництві і мистецтві. Паяні з’єднання такими припоями допускають багаторазові роз’єднання і з’єднання деталей, що є важливим і незамінним при монтажних та ремонтних роботах в радіо- і приладобудуванні.

В області низькотемпературного паяння поряд з макроз’єднаннями в габаритних виробах стрімкий науково-технічний прогрес обумовлюють паяні мікроз’єднання в сучасній мікроелектроніці, яка є вагомою складовою розвитку кібернетики. В наш час низькотемпературне паяння є окремою галуззю теорії і практики, де звичайний паяльник замінюють інструментами, що забезпечують формування з’єднань мікронних розмірів з мікронною точністю і із застосуванням методів на основі нанотехнологій і наноматеріалів.

У великому обсязі досліджено і узагальнено високотемпературне паяння, в якому температура процесу знаходиться вище 7000С, а з’єднання, що утворюються при паянні, як і при зварюванні, належать до нерознімних. Однак інформації про дослідження, які мають на меті створення стикових нерознімних паяних з’єднань, що, як і зварні, характеризуються механічними властивостями, рівноцінними основному металу при всіх видах навантажень, у науково-технічній літературі обмаль. Високотемпературне паяння вміщує в себе широке коло фізико-хімічних явищ, що відбуваються у твердій, рідкій і газовій фазах: відновлення й дисоціація, випаровування і сублімація, змочування й капілярна течія, дифузія й розчинення, адсорбційне зниження міцності та ін.

 

Це робить особливо актуальним вивчення процесів, що відбуваються між твердим основним металом і припоєм, флюсом, газовим середовищем, не тільки для проблем паяння, але й з метою пізнання багатьох хімічних, електрохімічних, фізичних, термодинамічних, металургійних та інших процесів.

Контроль герметичности:

Одной из задач герметизации является предотвращение проникновению внутрь корпуса газов из окружающей среды, всегда содержащей влагу. Проникающая в корпус влага растворяет газы и загрязнения, образуя в условиях электрических напряжений электролитические пары. В свою очередь это приводит к возникновению отказов, выражающихся в шунтирующих утечках и обрывах.

Для ионных газонаполненных корпусов достаточно объективными показаниями качества герметизации может служить величина течи из корпуса. Для микросхем, спрессованных пластмассами, необходимо проводить испытания непосредственно в атмосфере с повышенной влажностью. Методы испытания должны одновременно удовлетворять требованиям высокой чувствительности и экономичности.

Наиболее чувствительным является радиоактивный метод (чувст. 10^-3 -10^-9мкм. рт.ст.^(-л/с)).Образцы подлежащие испытанию герметизируются в атмосфере сжатого радиоактивного газа. При испытании с помощью счетчиков регистрируется интенсивность гамма-излучения газа, вытекающего из корпуса. В следствии сложности и высокой стоимости этот метод может быть рекомендован только в экспериментальном производстве.

Масс – спектрометрический метод основан на обнаружении гелиевым,предварительно введеним в корпус прибора.Применение гелия обусловлено обусловлено его высокой проникающей способностью(малые размеры молекул). Высокая проникающая способ.гелия затрудняется обнаружеием больших течей,так как к моменту испытания гелий может полностью вытечь с корпуса. Поэтому для образцов, подлежащих испытанию.целесообразно вводить гелий после герметизации, но непосредственно перед испытанием. Для этого герметизированные микросхемы выдерживают в течении нескольких суток в колбе,заполненной гелием до атмосферного давления.

Масс – спектрометрический метод целесообразен только для выборочного контроля

При проверке герметичности вакуумно-жидкостными методами микросхемы помещают в емкость с керосином,над которым создается разрежение (20-15 мм.рт.ст.) Вытекающий из корпуса газ позволяет определить не только интенсивность, но и место расположения течи.

Чувств. метода 5*10^-3 мкмк. Он является весьма распространенным в производстве для выборочного метода контроля.

Компресионно-термический метод отличается от предидущего тем,что испытуемые микросхемы погружают в нагретое масло. При этом давление газа внутри корпуса повышается и чувств. Метода несколько увеличивается (4*10^-3мкм.рт.ст.л/с)

 

Билет 26