Новые материалы

Листать книгу

Страницы: ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

скачать книгу Новые материалы

на поверхность полупроводникового кристалла (в нашем случае кремния). Этот физический процесс приводит к резкому увеличению обратных токов утечки при повышении обратного напряжения (при котором происходит пробой), величина которого Uo6p меньше напряжения пробоя {/проб
...
Для ослабления «краевого эффекта», например в кремниевом кристалле с плоским элементарным барьером Шоттки [56] (см. рис. 2.26, б),
...
Рис. 2.26. Разновидности полупроводниковых структур диодов с барьером Шоттки плоской формы на Si и-типа: а — с плоским элементарным барьером; б — с расширенным металлическим контактом; в — с диффузионным кольцом /?-типа; г — с трехслойным металлическим контактом; д — с электродом в виде эллипсоида вращения
...
используют способ формирования расширенного металлического контакта из золота или введения в структуру кристалла диффузионного кольца /7
...
Дальнейшие конструктивно-технологические разработки привели к созданию планарно-эпитаксиального кремниевого барьера Шоттки [55] с трехслойным металлическим контактом, например Au-Ti-Pt (рис. 2.26, г), площадью < 1 см2, на прямые токи > 10 А при обратных напряжениях > 50 В, с обратными токами порядка Is~
...
Естественно, это приводит к существенному снижению величины потенциального барьера Шоттки для электронов вблизи металлических краев и, как следствие, к увеличению электронного тока в обратном направлении, дополнительно к электронному току, обусловленному термоэлектронной эмиссией Ричардсона—Дэшмана.
...
Результаты анализа конструкций существующих полупроводниковых приборов с плоскими контактами и монокристаллами полупроводников в виде плоских пластин показывают, что из-за их геометрической фор-
...
«Краевой эффект» повышает величину тока утечки и снижает значение напряжения пробоя. Выполнение фасок и «охранных колец» изменяет площадь плоских контактов и приводит к шунтированию рабочего тока.
...
Формальное увеличение площади пластин полупроводников до 150...200 мм в диаметре вызывает большие трудности при получении монокристаллов с равномерным распределением удельного сопротивления по радиусу и малыми остаточными термомеханическими напряжениями. При повышении мощности прибора возникают сложности с отводом тепла.
...
Конструктивно-технологические способы подавления краевого эффекта в полупроводниковых структурах с барьером Шоттки
...
Конструктивно-технологическая эволюция контакта металл-полупроводник л-типа с барьером Шоттки от плоской модели с краевым эффектом до цилиндрической с подавленным краевым эффектом (рис. 2.27) должна осуществляться с помощью теоретических конформных преобразований Кристоффеля—Шварца [53].
...
Например, при задании на плоскости z потенциалов U и силовых линий электрического поля Е в форме комплексного числа:
...
Очертания электродов в плоскости z могут быть самыми разнообразными, но достаточно точно должны повторять форму эквипотенциальной поверхности (эквипотенциальной линии), поэтому уравнение (2.9) при U = const приводится к уравнению гиперболы вида:
...
4а2 + с2 = к ■ Оно определяет форму металлических контактов полупроводниковой сферы с барьером Шоттки.
...
Для решения уравнения Пуассона по теореме Гаусса для контакта металл—полупроводник с барьером Шоттки можно воспользоваться решением, приведенным в работе [55] для р-и-переходов типа р+-п с резким распределением атомов примесей NA, Na при условии NA
...
Из формулы (2.15) следует, что с уменьшением среднего радиуса R при R0-^Wn в цилиндрическом барьере Шоттки на внутреннем электроде концентрируются силовые линии электрического поля аналогично ^-«-переходу, которые провоцируют поверхностный пробой на краю, и, наоборот, при R0»Wn
...
В отечественной литературе [56] полупроводниковые структуры с замкнутой поверхностью 2-го порядка с центральным потенциальным металлическим контактом цилиндрической формы и сферической симметрии рассматривались в виде объемных р-я-переходов. В зарубежной литературе [57] появились сообщения о создании МОП-транзисторов и интегральных схем, в том числе и выпрямительное устройство на кремниевой сферической подложке диаметром 1 мм, но без центрального потенциального металлического контакта.
...
С математической точки зрения [53] цилиндр — поверхность 2-го порядка, образованная движением отрезка, параллельного выбранной оси, т. е. уравнения вида f(xy)
...
Предположим, что поверхностная плотность заряда изменяется вдоль образующей, например, верхнего проводящего цилиндра по тому же закону, что и для плоского прямоугольного контакта по уравнению (2.4):
...
По законам электростатики [58, 59, 60], полный заряд Qss как на проводящей прямоугольной, так и на цилиндрической поверхностях не
...
Рис. 2.28. Распределение поверхностной плотности заряда сг по образующей цилин-меро°^(И зависимость плотности о
...
изменяется по величине, но он перераспределяется при постоянно приложенном напряжении UQ между обкладками по поверхности, особенно на краях при х ~ а; у = b (см. рис. 2.23) или г - R; Z=
...
Распределение поверхностной плотности зарядов o^(z)n по внутренней цилиндрической поверхности соответствует тому же закону [см. (2.16, 2,17)].
...
Однако следует отметить, что напряженность электрического поля в объеме р-я-перехода, рассчитанная с помощью теоремы Гаусса (уравнение Пуассона), флуктуирует вокруг номинального значения и, как показывает расчет, изменение напряжения пробоя для
...
Следовательно, объемное флуктуирование атомов примесей NA, NR в р-я-переходе не может быть причиной появления краевого поля, так как оно создается зарядами, флуктуирующими по свободным поверхностям полупроводниковой структуры под действием других физико-химических процессов.
...
Рис. 2.29. Распределение напряженности электрического поля Е по длине цилиндрической структуры с р-я-переходом при обратном смещении (а)
...
Краевое поле Es может увеличиваться или уменьшаться на границе раздела, в том числе и на торцевой поверхности двух диэлектрических сред по законам преломления
...
и широко используется для защиты открытых поверхностей полупроводниковых кристаллов диэлектриками типа Si02, Si3N4 и др.
...
Чтобы полностью исключить вероятность поверхностного пробоя в полупроводниковых структурах непланарного типа, например, цилиндрической формы, необходимо с помощью более высоких технологий формировать низколегированные участки р-/-«-типов с таким расчетом, чтобы ширина области объемного заряда Wp_n цилиндрического р-п-пе-рехода плавно увеличивалась к торцевым областям, где р-я-переход выходит на поверхность с максимальной шириной W. „ , как показа-но на рис. 2.31 и в уравнении:
...
которое определяет площадь р-я-перехода, равного площади поверхности вращения гиперболоида однополостного [54] при граничных условиях:
...
Рис. 2.30. Распределение напряженности электрического поля Е по длине цилиндри-кои структуры с ^-«-переходом при обратном смещении (а) в сечении цилиндрической структуры (б) при условии R, -л W ■ ' ~ краевое поле
...
Рис. 2.31. Гипотетическая модель полупроводниковой структуры р+-я-л+-типа в виде од-нополостного гиперболоида вращения х^/а2
...
к, (, v — слои полупроводника с переменным уровнем легирования на боковой поверхности гиперболоида; j — толщина базы л-Si в виде фигуры вращения; Wp_n — рабочее значение ширины области объемного заряда р-я-перехода; W — максималь-
...
Таким образом, для полупроводниковых кремниевых структур выпрямительных приборов, например р+-п-п+-шиа, с площадью р-я-перехо-да S > 1 см2 следует применять структуры с металлическими контактами, имеющие формулу поверхности 2-го порядка (см. рис. 2.31), в том числе и для непланарных структур цилиндрической формы, обладающих краевыми эффектами, которые значительно ослаблены по сравнению с плоскими структурами с эквивалентной площадью Sn „ = S. „ = а2, где a — сторона квадрата плоского кристалла.
...
Изготовление неплоской поверхности для создания полупроводникового прибора создает множество технологических трудностей, т к. в электронном приборостроении все операции производятся «на плоскости». Но вместе с тем, применение непланарных подложек, как было показано выше, позволяет создать новое поколение полупроводниковых приборов с более высоким уровнем рабочих и эксплуатационных характеристик, чем у традиционных, изготовленных на основе пла-нарных структур.
...
Полупроводниковый выпрямительный прибор (диод) изготовляется на основе двухслойной структуры, состоящей из высоколегированного п+(р+)- и низколегированного «(р)-слоев. Толщина первого может составлять 200...500 мкм при удельном сопротивлении 0,005...0,2 Ом • см, второго — 2...40 мкм, удельное сопротивление от 0,5 Ом-см
...
Для изготовления непланарного выпрямительного диода с замкнутым в виде кольца />-и-переходом или барьером Шоттки требуется двухслойная структура, но в виде полого цилиндра. Технологии изготовления таких структур на поверхности цилиндра пока не существует.
...
Некоторая научная информация о том, что на неплоской поверхности полупроводникового монокристалла возможно изготовление структур для силовых полупроводниковых приборов, имеется в отечественной и зарубежной литературе [57]. Известно, что для изготовления приборов и микросхем используются сферические подложки, которые представляют собой кремниевые сферы диаметром 1... 1,2 мм, получаемые в специальной плазменной печи. Затем поверхности этих сфер — гранул подвергают обработке, которую проводят в герметичных кварцевых трубах, что позволяет отказаться от «чистых помещений» и сократить производственные расходы. Фирмой «Ball Semiconductor* разработан технологический процесс трехмерной фотолитографии, что является достижением в области электронных технологий. Сообщается также, что разработаны способы соединения гранул в блоки и способы их монтажа на единых платформах — корпусах для создания более сложных устройств.
...
Однако использование сплошных сфер диаметром 1... 1,2 мм для изготовления мощных выпрямительных приборов не представляется целесообразным. Могут возникнуть трудности с отводом тепла, особенно из
...
гранул, собранных в трехмерный блок, достаточно сложно будет изготовить металлические контакты к сферической поверхности, чтобы избежать остаточных напряжений в кремнии.
...
Применение трубчатых профилированных монокристаллов кремния 3...5...10 мм при толщине стенки 0,3...0,5 мм позволит избежать указанных трудностей.
...
— на внешней поверхности цилиндра можно сформировать р-я-пере-ход или барьер металл-полупроводник теоретически любой площади;
...
— изготовление внутреннего и внешнего токопроводящих контактов одинаковой площади позволит избежать шунтирования тока в прямом направлении;
...
— отвод тепла от работающего прибора можно осуществлять, пропуская хладагент (газ или жидкость) сквозь сам прибор. При этом отпадает необходимость в массивных металлических теплокомпенсаторах;
...
— изготовление замкнутых кольцевых барьеров металл—полупроводник или р-п-переходов возможно на существующем оборудовании.
...
Преимущества цилиндрической подложки могут быть реализованы только в том случае, если качество профилированного монокристалла будет таким же, как и у пластины, вырезанной из слитка.
...
В существующих условиях возможны два пути создания промышленной технологии получения высококачественных трубчатых подложек:
...
— Механическая резка труб из цельного слитка высокоомного кремния каким-либо специальным инструментом; последующая шлифовка, полировка и химико-динамическое травление поверхности.
...
Механическая резка коронкой сохранит качественную структуру материала внутри заготовки, но неизбежно приведет к большим потерям качественного кремния из слитка и удорожанию подложек—заготовок. Теоретически можно использовать остатки слитков диаметром 150...2000 мм — обрезь и центральные стержни из высверленных трубок для изготовления традиционных планарных подложек. Однако маловероятно, что такой материал будут брать изготовители планарных подложек, из-за малых диаметров стержней ~ 3 мм.
...
Возможно, какой-либо интерес для производства могут представлять стержни диаметром 30...40 мм, высверленные из труб под сверхмощные полупроводниковые приборы, однако в настоящее время требуются подложки диаметром 5...7 мм, что делает невыгодным изготовление их механической резкой.
...
Анализируя технологию роста профилированных монокристаллов (труб) кремния методом Степанова и результаты, полученные в 80-х годах, можно заключить, что были получены [61] профильные изделия диаметром от 4...5 мм до 25...30
...
Несмотря на указанные недостатки, метод Степанова, очевидно, может быть использован для получения трубок — заготовок для изготовления непланарных подложек, т.к. выращивание качественных профилированных монокристаллов снижает потери кремния при механической обработке.
...
С этой целью необходимо провести глубокие теоретические исследования процессов тепло- и массопереноса при выращивании профилированных монокристаллов кремния <100> либо <111>; разработать новые конструкции формообразователей и тепловых зон ростовых установок; создать методики и аппараты управления процессами тепло- и массопереноса при росте монокристалла; разработать методики измерения основных структурных и электрофизических параметров получаемых профилей.
...
Следующей технологической проблемой является разработка процесса формирования высокоомного рабочего слоя на цилиндрической поверхности низкоомной подложки. Закономерности эпитаксиального роста из паровой фазы на непланарную поверхность в настоящее время изучены слабо, имеются лишь отдельные данные [62].
...
Вероятно, могут быть созданы способы формирования двухслойной структуры, либо с помощью облучения подложек тепловыми нейтронами, либо испарением легколетучей примеси, которой является фосфор, из приповерхностных слоев высоколегированной подложки.
...
В Московском институте стали и сплавов работы по направлению «Непланарная электроника» проводятся с 1999 года. За это Бремя совместно с АО «Элекс» (г.Александров) и Томилинским электронным заводом удалось решить некоторые задачи и отработать элементы промышленной технологии производства первых непланарных выпрямительных диодов с барьером Шоттки.
...
— разработана технология механической и химико-динамической обработки внутренней и внешней поверхностей цилиндрических подложек;
...
— экспериментально показана возможность эпитаксиального выращивания замкнутых монокристаллических слоев кремния на боковой поверхности цилиндрической низкоомной подложки;
...
— разработана и изготовлена оснастка для измерения основных электрофизических характеристик и контроля качества структуры этих слоев.
...
В настоящее время ведутся работы по совершенствованию технологии получения профилированных монокристаллов кремния методом Степанова.
...
Композиционный материал (КМ) — это материал, состоящий из двух или нескольких компонентов, которые отличаются по своей природе или химическому составу, где компоненты объединены в единую монолитную структуру с границей раздела между структурными составляющими (компонентами), оптимальное сочетание которых позволяет получить комплекс физико-химических и механических свойств, отличающихся от комплекса свойств компонентов.
...
Компонент, непрерывный во всем объеме композиционного материала, называется матрицей. Компонент или компоненты прерывистые, разъединенные матрицей, называются арматурой или армирующим компонентом, или, иногда, наполнителем. Понятие «армирующий» означает «введенный в материал с целью изменения его свойств», но не несет в себе однозначного понятия «упрочняющий».
...
Композиционный материал классифицируется по нескольким основным признакам: а) материалу матрицы и армирующих компонентов; б) структуре: геометрии (морфологии) и расположению компонентов (структурных составляющих); в) методу получения; г) области применения. Рассмотрим некоторые аспекты классификационных характеристик композиционных материалов.
...
Материал матрицы и армирующих компонентов. Характеристика композиционных материалов по материалу матрицы и армирующих компонентов указывает на их физико-химическую природу. В настоящее время по материалу матрицы различают:
...
1. Металлические композиционные материалы или композиционные материалы на основе металлов и сплавов. Чаще всего используются алюминий, магний, титан, медь и сплавы на их основе. Также делаются попытки использовать в качестве матрицы высокопрочные стали, тугоплавкие металлы и сплавы.
...
2. Композиционные материалы на основе интерметаллидов, когда в качестве матрицы используются интерметаллиды — химические соединения металлов с металлами. Это относительно новый класс композиционных материалов, в котором в качестве материала матрицы используются жаропрочные интерметаллиды Ti3Al, TiAl, NiAl, Ni3Al и др. [1].
...
3.1. ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
...
3. Керамические композиционные материалы. В качестве матрицы этих материалов используются неорганические соединения оксидов, карбидов, нитридов и т. п. Это относительно новый класс композиционных материалов, который имеет перспективы, как класс супержаропрочных материалов [2].
...
Это прежде всего композиционные материалы на основе углерода, которые считаются одними из самых перспективных конструкционных материалов, особенно в сочетании с углеродными волокнами [3].
...
5. Композиционные материалы с матрицей из полимеров. Эпоксидные, полиэфирные и некоторые другие термоактивные смолы, а также полимерные термопласты являются наиболее широко распространенной группой конструкционных композитов. В качестве армирующих компонентов (наполнителей) полимерных композиционных материалов (ПКМ) обычно применяют твердые наполнители: непрерывные и дискретные волокна различной природы, ткани и нетканые материалы на основе этих волокон. Наибольшее распространение получили пластики, армированные стеклянными, углеродными, органическими, борными и некоторыми другими видами волокон.
...
Армирующие компоненты, или наполнители во многом определяют свойства КМ. В настоящее время широкое применение нашли армирующие компоненты, изготовленные из: 1) металлов и сплавов (сталь, бериллий, вольфрамат титана и др.); 2)
...
Физико-механические свойства компонентов, наиболее широко используемых в настоящее время в качестве наполнителей, приведены в табл. 3.1 и 3.2.
...
Структура: геометрия (морфология) и расположение компонентов структурных составляющих. Классификация композиционных материалов по геометрии компонентов в определенной степени остается дискуссионной, так как она тесно связана с классификацией по структуре и расположению компонентов и очень часто их не разделяют. Тем не менее мы полагаем, что для лучшего понимания механики и физико-химии композиционных материалов такую классификацию провести целесообразно. Наиболее подходящей, на наш взгляд, является классификация по
...
структуре, предложенная Г. Фроммейером [4], где композиционные материалы классифицируются в соответствии с морфологией фаз, составляющих их микроструктуру, или геометрией компонентов.
...
С учетом размера и распределения вторых фаз или армирующих компонентов в каждом из классов композиционных материалов можно выделить подклассы [4]:
...
— микроструктурированные композиты: размер частиц, толщина волокна или слоя (с?с) имеет порядок микрона (d
...
— макроструктурированные композиты: макроскопические размеры компонентов имеют порядок миллиметров (d
...
онные композиционные материалы имеют сходство с традиционными дисперсионно-твердеющими сплавами, в которых дисперсные частицы, выделяющиеся при старении, также упрочняют матрицу. Однако в дис-персионно-твердеющих сплавах эффект упрочнения снижается при нагреве за счет растворения, коагуляции и разупорядочивания. Главное же преимущество дисперсноупрочненных композитов состоит не в повышении предела текучести при комнатной температуре, а в способности сохранять высокий уровень предела текучести и соответственно увеличивать сопротивление ползучести матрицы в широкой температурной области. Поэтому в качестве дисперсных фаз целесообразно использовать фазы, которые нерастворимы в матрице и некогерентны с ней (см. выше).
...
Роль армирующих частиц сводится не столько к упрочнению матрицы, сколько к перераспределению приложенной нагрузки между матрицей и наполнителем. Причем важное назначение матрицы — это передача нагрузки армирующим частицам. Отметим, что свою роль армирующие частицы выполняют, если их содержание превышает 25 %.
...
В качестве армирующих компонентов используют металлы, интерме-таллиды, оксиды, нитриды и другие вещества, существенно отличающиеся от матрицы по физико-механическим свойствам.
...
2. Волокнистые композиционные материалы. Это в основном микроструктурированные композиционные материалы, характеризующиеся тем, что в качестве наполнителя используются одномерные армирующие компоненты, один из размеров которых значительно превышает два других. В волокнистых композиционных материалах пластичная матрица армирована высокопрочными волокнами толщиной от нескольких микрометров до сотен микрометров. В качестве армирующих волокон могут использоваться: металлические проволоки, усы и кристаллы фаз, полученных направленной кристаллизацией; волокна неметаллов, таких как углерод и бор, полученных по специальным технологиям; керами-
...

Сварка на контактных машинах
Краткий справочник технолога-термиста
Спутник термиста
Новые материалы
Твердые сплавы
Цементация стали
Зварювальні матеріали

"Сварка-ЛИБ" - Техническая библиотека сварщика | Сварка, термообработка, материалы, металлы и сплавы

admin

Новые материалы