Для студентов НИУ «МЭИ» по предмету Технология полупроводниковых материаловЧасть методички Арсеньева П.А. ТМЭТЧасть методички Арсеньева П.А. ТМЭТ 2015-08-02СтудИзба

Книга: Часть методички Арсеньева П.А. ТМЭТ

Описание

Описание файла отсутствует

Характеристики книги

Учебное заведение
Семестр
Просмотров
191
Скачиваний
3
Размер
652,84 Kb

Список файлов

01

Распознанный текст из изображения:

4.1. Точечные дефекты

0 ОО 0 ОО ООО зО О 00 0 ОО ООО 0 С3'О О~О 4

О О О О О О О О

0 0-0'

ООО

ООО ОО 0 О О О

ОО 0 О 1 О 00 О ООО 000 ОООО ООО О О О

79

Быстрое охлаждение расплава часто вызывает предпочтительный рост кристаллов игольчатой формы. В этих условиях требуется высокая скорость отвода тепла от твердой фазы, чему больше благоприятствует удлиненная форма кристаллов, нежели равновесная или пластинчатая.

С физико-химической точки зрения образование кристаллов является фазовым переходом вещества из стабильного жидкого состояния в стабильное кристаллическое. На практике, однако, при фазовых переходах идеальное стабильное состояние практически не достигается. Так, процесс кристаллизации большинства веществ завершается обычно образованием поликристаллического агрегата, находящегося в менее устойчивом состоянии, чем монокристалл. Этот агрегат состоит из нескольких кристаллов, более или менее правильно расположенных друг относительно друга. Отдельные кристаллы в таком агрегате могут быть ограничены гранями и ребрами: в этом случае говорят о множественных сростках. Во многих случаях сростки кристаллов можно характеризовать некоторыми преимущественными направлениями кристаллов (волокнистые формы, чешуйчатые, сферолиты и т.п.).

Реальные кристаллы иногда существенно отличаются от идеальных тем, что состоят из некоторого числа блоков правильного кристаллического строения, но расположенных не параллельно друг другу. При этом анизотропия свойств кристалла в целом может сохраняться. В таких случаях говорят о мозаичности кристалла. Это явление можно рассматривать как следствие нарушений решетки под действием некоторых факторов (например, посторонних примесей).

4. ДЕФЕКТЫ В МАТЕРИАЛАХ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ

Все применяющиеся в промышленности кристаллические материалы отличаются от идеальных кристаллов тем, что в них имеются те или иные дефекты, т.е. нарушения периодичности расположения частиц в кристаллической решетке. Если на первом этапе развития материаловедения этой проблеме уделялось явно недостаточное внимание, то сейчас она выдвинулась в число наиболее актуальных, поскольку именно знание природы дефектов и умение управлять их свойствами в первую очередь определяют параметры элементов материалов электронной техники. Дефекты в кристаллах принято классифицировать по их размерам. Прежде всего выделим макро- и микродефекты.

К макроскопическим дефектам можно отнести ограничивающие кристаллы поверхности, трещины, воздушные включения, коллоидальные частицы и т.п. В этом случае кристаллическая матрица не испытывает существенных изменений, хотя свойства материала в целом претерпевают заметные и часто резкие скачки. К микроскопическим дефектам относятся точечные (нульмерные), линейные (одномерные), поверхностные (двухмерные) и объемные (трехмерные) дефекты (рис. 42). К точечным дефектам относятся в первую очередь атомы примесей и атомы матрицы, отсутствующие или внедренные в междуузлия. Узел решетки, в котором отсутствует атом, называется вакансией (дефект по Шоттки). Парный дефект вакансия — атом в междуузлии называют дефектом по Френкелю.

Рне. 42. Дефекты различны* тинов:

1 — вакансия; 2 — междуузелвнмй атом; 3 — краевая дислокация

Вакансии и междуузельные атомы могут передвигаться по объему

кристалла, они могут также существовать в термодинамическом равнове-

03

Распознанный текст из изображения:

Франк ввел понятие «контура Бюргерса», т. е. контура, который можно провести в решетке реального кристалла, не выходя из области «хорошего» кристалла (рис. 44).

Рис. 44. Поперечные сечении кристалла: а — реального кристалла, включающего область «плохого» кристалла В;

б — идеального кристалла

На рисунке приведена схема контура Бюргерса в реальной и идеальной решетках. Построим в решетке реального кристалла контур Бюргерса при условии рассмотрения гомогенной фазы. Если теперь в идеальном кристалле построить контур Бюргерса по тем же местам решетки, то его конечная точка не совпадет с начальной, причем вектор, соединяющий эти точки, «вектор Бюргерса», является важным фактором, определяющим геометрию рассматриваемой дислокации. Более полно вектор Бюргерса определяется, например, в работах В.Л. Инденбома и А.Н. Орлова: «... вектор, равный циркуляции вектора смещения Уь по произвольному контуру Ь, охватывающему дислокацию» ь;=-ф 'ы;. дУ;

(49)

Из вышесказанного следует, что вектор Бюргерса равен или кратен вектору трансляции решетки. Определим плоскость скольжения как плоскость, проходящую через линию дислокаций, н вектор Бюргерса. Ориентация дислокации в кристалле описывается обычно по отношению к вектору Бюргерса. Если угол между линией дислокации и вектором равен 90', такая дислокация называется «краевой», если равен нулю, т.е. вектор Бюргерса и линия дислокации параллельны, то имеем дело с «винтовой» дислокацией. В этом случае рассматриваемый кристалл как бы состоит из одной атомной плоскости, изогнутой по винтовой поверхности. В случае «смешанной» дислокации угол между ней и вектором Бюргерса может быть произвольным. В силу определения понятия дислокации, линии дислокации не могут обрываться внутри кристалла, они

должны либо замыкаться сами на себе, об аз я исл

каций справедливо

случае разветвления дислоса, разветвляю

иво правило, согласно кото о

щихся дислокаций, авиа лю

Р му сумма векторов Бюргер ции и ими в точку разветвления

", гъ ну, если считать все дислока- Выше

приводились определения так называемых «полных» дислокаций. Поверхностные дефекты кристалла, например границы блоков, могут состоять из рядов и сеток дислокаций. На р . азано, как три краевых дислокации, рис. 45 показано

расположенные одна под другой, образуют наклонную границу. Если рассматривать несколько

винтовых дислокаций, расположенных аналогичным способом, то можно увидеть, что они могут образовать скрученную границу. Границы дефектов упаковки, обрывающихся внутри кристалла, состав

валяют «частичные» дислокации. Для нахождения вектора Бюргерса частичной дислокации замкнугый контур Бюргерса строится не в идеальной решетке, как это делается для Рис.45. Схема п полных дислокаций, описанных

Рис. 45. Схема простой ше тки, имею ей

ных вьппе а для ре наклонной границы с

щ й сквозной дефект упаковки. углом О~ построенной их Всле р юргерса

дствие такого построения векто Бю частичной дислокации меньше вект тр е вектора трансля-

дислокаций ции решетки.

ци . оле напряжений во-

Рассмотрим некоторые свойства дислока й. П круг дислокаций может взаимодействовать с гимн ист дая на дислокациях, об аз т

и, се-

р уют области повышенной по отношению к:С седним местам конце а и

е к' оназванной по имени еного по

нтр ции примесей — «атмосферы Ко елла»",— Б

уч ного, подробно рассмотревшего этот процесс. '

ыло показано, что энергия гого взаим атома с радиусом

пругого взаимодействия прнмесйого

г' = го(1-е) ,ф50~ с краевой дислокацией в исталл

кр сталле, состоящем из атомов с радиусоай ~Ь. определяется величиной в ха также свойствами мате нала и м

арактеризующей разницу между г~ м"йг' йр и может бьггь оценена по формуле нс "л " 4 1+р рЬег з1па вша

й~ пьй

.4ЯЩа

~:,иг гийи

04

Распознанный текст из изображения:

где ч — коэффициент Пуассона; ц — модуль сдвига; Я, а — полярные координаты атома относительно плоскости скольжения.

Если атом примеси имеет радиус больший, чем основные атомы кристалла, то исходя из формулы (51) можно показать, что рассматриваемый примесный атом будет в результате взаимодействия с решеткой выталкиваться из сжатой области поля дислокации (см. рис. 45) и втягиваться в растянутую. Диффузия атомов примеси к дислокации происходит в поле силы Р, которая сообщает им некоторую скорость дрейфа

9= Р', (52)

КТ

где Π— коэффициент диффузии примеси.

Котрелл показал, что число примесных атомов, которые осели на дислокации единичной длины за время ~, может быть оценено в начале процесса диффузии по формуле

(54)

84

АОу ~/

п(~) — сш ( ) 3 (53)

КТ'

-з. 1в.

где ло — концентрация примеси, см; а = 3(п/2)

для более поздних стадий

п(с) АВс ~21

— =1-ехр аФ ( — ) з ~,

ПО

2

где Ф вЂ” плотность дислокации на см .

д

Взаимодействие атомов примеси с дислокациями зависит от температуры. Образование «атмосферы» Котрелла при У > КТ может смениться ее испарением, когда становится У < КТ. Некоторые исследователи экспериментально и теоретически показали, что образование «атмосфер Котрелла» приводит к упрочнению материала вследствие того, что подобные скопления примесей блокируют дислокации, сильно затрудняя их подвижность.

Механизмы движения дислокаций могут иметь различную природу. Так, различают перемещения в плоскости скольжения — «консервативное» двюкение. Скольжение и перемещение, при которых дислокация выходит из плоскости скольжения, — «неконсервативное» движение. В случае пересечения двух дислокаций, испытывающих консервативное движение, на них образуются ступеньки, которые при дальнейшем движении дислокаций перемещаются, оставляя за собой группы вакансий или атомов в междуузлии.

Таким образом, движение дислокаций приводит не только к появлению новых дислокаций, как это будет показано ниже, но и к появлению

Рнс- 46 Источник Фр а — Рида с двумя закрепленными точкамн

Рнс. 47 Источник Франка — Рида с одной закрепленной точкой

85

значительного числа точечных дефектов. Для того чтобы дислокация в результате пластической деформации начала перемещаться в плоскости скольжения необходимо, чтобы касательное напряжение т в этой плоскости достигло некоторой величины тр, величина которой зависит от параметров материала и свойств рассматриваемой дислокации, причем эта величина тем больше, чем больше параметр решетки, и уменьшается с увеличением величины вектора Бюргерса. Повышение температуры ведет к уменьшению величины т . Вполне очевидно, что различные факторы, вызванные условиями, в которых вынуждена перемещаться дислокация, такие как присутствие атомов примеси, других дислокаций, точечных и объемных дефектов оказывают непосредственное влияние на процесс перемещения дислокаций. Причины, вызывающие появление дислокаций в кристаллах, могут быть различными. Разберем некоторые из них. Одним из возможных источников дислокаций являются так называемые «источники Франка — Рида». Если мы имеем в кристалле дислокационную сетку, то для некоторых отрезков этой сетки величина т мои жет быть достаточно низка, в то время как точки на краях этого отрезка можно считать закрепленными на месте, например, в том случае, когда точки т и л являются точками разветвления, причем отходящие от этих точек дислокации (показаны штриховой линией) не лежат в плоскостях скольжения (рис. 46).

Если к кристаллу приложено напряжение, стремящееся сдвинуть дислокацию в направлении, указанном стрелкой, то дислокация последовательно во времени будет принимать формы, обозначенные на рис. 46 цифрами 1 — -о. Если теперь рассмотрим дислокацию в положении 5, то можно заметить, что область кристалла внутри петли подвергнута одинаковому сдвигу и при встрече эти границы (на рис. 46 они отмечены двойной линией) исчезнут, в результате чего останется дислокационная петля б, которая

и

05

Распознанный текст из изображения:

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Укажите основные выводы из законов Коновалова 2. В чем сущность метода дистилляции?

3. Объясните правило рычага Приведите примеры.

4. В чем сущность правила прямолинейного диаметра 5. Треугольник Гиббса Привести примеры определения концентраций.

6. Каковы критерии изоморфного замещения в кристаллической решетке.

7. Правило фаз Гиббса. Классификация систем по их степеням свободы.

8. Принципы построения диаграмм состояний.

9. Диаграммы с эвтектической точкой.

1О. Диаграммы с перитектической точкой

11. Диаграммы состояний с полной или ограниченной растворимостью компонентов в жидком состоянии. Привести пример.

12. Как обозначаются точки, линии и плоскости в кристаллической решетке.

13. Какие имеются элементы симметрии в кристаллической решетке.

14. Умножение элементов симметрии. Привести пример, рассмотрев таблицу

умножения группы (32).

15. Решетки Браве и их классификация.

16. Зарождение и рост кристаллов. Определить критический размер зародышей.

17. Как влияют на состав сплава взаимное расположение кривых ЛСК и ЧЦК.

18. Каково влияние внешних факторов на процесс кристаллизации.

19. Основные теории роста кристаллов, чем они отличаются.

? 20. Классификация точечных дефектов в кристаллах.

21. Дислокации и их свойства.

22. Объемные дефекты в кристаллах. Как они влияют на электрические и оптические свойства кристаллов.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

Таиров Ю.М., Цветков В.Ф. Технология полупроводниковых н диэлектриче-

ских материалов. СПб: Лань, 2002. 424 с.

Горелик С.С., Дашевский М.Я. Материаловедение полупроводников и диэлек-

триков. М.: Металлургия, 1988, 574 с.

Гельпернн Н.И., Носов Г.А. Основы техники кристаллизации расплавов М.:

Химия, 1975. 352 с.

3.

86

м ожет расширяться и участок дислокации между точками тип — 7, котоз

рый может повторить вышеописанный процесс. Источник Франка — ида с одной точкой закрепления, находящейся вблизи свободной поверхности кристалла, обозначенного прямой т — т', показан на рис. 47. Под дейстй вием напряжения, приложенного в направлении, указанном стрелко, дислокационная линия 1 начинает последовательно проходить положения 1 — б, в результате чего образуются полупетли типа б и новые отрезки типа 6', которые могут продолжать генерировать новые дислокационные полу петли.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие

...... 3

.4

...... 4

..5

....... 5

....... 6

....... 7

....... 8

..... 8

...... 8

. .... 9

ник

10 11 11 11 12

12

.......... 1 3

.......... 1 4

........ 1 4

идком

нии.....17

21 23 25

26 30

31

34

36

2. Строение и структурные свойства кристаллических сред.....

2.1. Тензоры.

2.2. Зарождение и рост кристаллов.

2.3. Влияние нерастворимых примесей.

....... 39 ...... 42

50 ....... 54

56

87

Технология материалов электронной техники.

1.1. Растворы .

1.1.1. Состав пара растворов.

1.1.2. Законы Коновалова.

1.1.3. Разделение компонентов методом дистилляции ...........................

1.1.4. Правило рычага.

1.1.5. Растворы газов в жидкостях............................................................

1.1.6. Взаимная растворимость жидкостей.

1.1.7. Системы с ограниченной растворимостью (А+В).........................

1.1.8. Правило прямолинейного диаметра.

1.1.9. Графическое представление состава тройных систем (треуголь

Гиббса)..

1.2. Изоморфное замещение в кристаллической решетке .........................

1.2.1. Критерий химической индеферентности атомов ..........................

1.2.2. Фактор размера атомов..

1.2.3. Фактор сходства химических связей ..........................................

1.2.4. Изоструктурность

1.3. Фазовое равновесие. Диаграммы состояний многокомпонентных

систем

1.3.1. Диаграммы состояний многокомпонентных систем...................

1.3.2. Диаграммы состояний двойных систем .

1.3.3. Системы с неограниченной растворимостью компонентов в ж

состоянии и ограниченной растворимостью в твердом состоя

1.3.4. Системы с полной нерастворимостью или ограниченной

растворимостью компонентов в жидком состоянии.......................

1.3.5. Диаграммы состояний с химическими соединениями...................

1.3.6. Понятия о дальтонидах и бертоллидах

1.3.7. Диаграммы состояний с неустойчивыми химическими

соединениями.

1.3.8. Тройные системы

1.3.9. Диаграмма состояний тройной системы, где компоненты

не образуют твердых растворов .

1.3.10. Системы с неограниченной растворимостью компонентов

в твердом состоянии.

1.3.11. Системы с ограниченной растворимостью компонентов

в твердом состоянии ..

1.3.12. Диаграмма равновесия тройной системы, у которой все

три пары компонентов имеют ограниченную взаимную

растворимость в твердом состоянии..

Картинка-подпись
Хочешь зарабатывать на СтудИзбе больше 10к рублей в месяц? Научу бесплатно!
Начать зарабатывать

Комментарии

Поделитесь ссылкой:
Рейтинг-
0
0
0
0
0
Поделитесь ссылкой:
Сопутствующие материалы
Свежие статьи
Популярно сейчас
Зачем заказывать выполнение своего задания, если оно уже было выполнено много много раз? Его можно просто купить или даже скачать бесплатно на СтудИзбе. Найдите нужный учебный материал у нас!
Ответы на популярные вопросы
Да! Наши авторы собирают и выкладывают те работы, которые сдаются в Вашем учебном заведении ежегодно и уже проверены преподавателями.
Да! У нас любой человек может выложить любую учебную работу и зарабатывать на её продажах! Но каждый учебный материал публикуется только после тщательной проверки администрацией.
Вернём деньги! А если быть более точными, то автору даётся немного времени на исправление, а если не исправит или выйдет время, то вернём деньги в полном объёме!
Да! На равне с готовыми студенческими работами у нас продаются услуги. Цены на услуги видны сразу, то есть Вам нужно только указать параметры и сразу можно оплачивать.
Отзывы студентов
Ставлю 10/10
Все нравится, очень удобный сайт, помогает в учебе. Кроме этого, можно заработать самому, выставляя готовые учебные материалы на продажу здесь. Рейтинги и отзывы на преподавателей очень помогают сориентироваться в начале нового семестра. Спасибо за такую функцию. Ставлю максимальную оценку.
Лучшая платформа для успешной сдачи сессии
Познакомился со СтудИзбой благодаря своему другу, очень нравится интерфейс, количество доступных файлов, цена, в общем, все прекрасно. Даже сам продаю какие-то свои работы.
Студизба ван лав ❤
Очень офигенный сайт для студентов. Много полезных учебных материалов. Пользуюсь студизбой с октября 2021 года. Серьёзных нареканий нет. Хотелось бы, что бы ввели подписочную модель и сделали материалы дешевле 300 рублей в рамках подписки бесплатными.
Отличный сайт
Лично меня всё устраивает - и покупка, и продажа; и цены, и возможность предпросмотра куска файла, и обилие бесплатных файлов (в подборках по авторам, читай, ВУЗам и факультетам). Есть определённые баги, но всё решаемо, да и администраторы реагируют в течение суток.
Маленький отзыв о большом помощнике!
Студизба спасает в те моменты, когда сроки горят, а работ накопилось достаточно. Довольно удобный сайт с простой навигацией и огромным количеством материалов.
Студ. Изба как крупнейший сборник работ для студентов
Тут дофига бывает всего полезного. Печально, что бывают предметы по которым даже одного бесплатного решения нет, но это скорее вопрос к студентам. В остальном всё здорово.
Спасательный островок
Если уже не успеваешь разобраться или застрял на каком-то задание поможет тебе быстро и недорого решить твою проблему.
Всё и так отлично
Всё очень удобно. Особенно круто, что есть система бонусов и можно выводить остатки денег. Очень много качественных бесплатных файлов.
Отзыв о системе "Студизба"
Отличная платформа для распространения работ, востребованных студентами. Хорошо налаженная и качественная работа сайта, огромная база заданий и аудитория.
Отличный помощник
Отличный сайт с кучей полезных файлов, позволяющий найти много методичек / учебников / отзывов о вузах и преподователях.
Отлично помогает студентам в любой момент для решения трудных и незамедлительных задач
Хотелось бы больше конкретной информации о преподавателях. А так в принципе хороший сайт, всегда им пользуюсь и ни разу не было желания прекратить. Хороший сайт для помощи студентам, удобный и приятный интерфейс. Из недостатков можно выделить только отсутствия небольшого количества файлов.
Спасибо за шикарный сайт
Великолепный сайт на котором студент за не большие деньги может найти помощь с дз, проектами курсовыми, лабораторными, а также узнать отзывы на преподавателей и бесплатно скачать пособия.
Популярные преподаватели
Нашёл ошибку?
Или хочешь предложить что-то улучшить на этой странице? Напиши об этом и получи бонус!
Бонус рассчитывается индивидуально в каждом случае и может быть в виде баллов или бесплатной услуги от студизбы.
Предложить исправление
Добавляйте материалы
и зарабатывайте!
Продажи идут автоматически
5076
Авторов
на СтудИзбе
455
Средний доход
с одного платного файла
Обучение Подробнее