III курс. Весна 2004г.

Вопросы к экзамену по курсу

Технология материалов и изделий электронной техники

Классификация материалов по кристаллической структуре: мококристаллы и аморфные материалы. Понятие ближнего и дальнего порядков в расположении атомов.

Примеры материалов, используемых в электронике, области применения.

Понятие чистоты материала. Принципы методов получения чистых веществ: диффузионный метод, зонная плавка, перегонка. Коэффициент распределения примеси в двухкомпонентной системе ( Свяжите с диаграммой состояния!).

Зарождение и рост кристалла. Движущая сила кристаллизации, соотношение свободных энергий кристалла и аморфного тела. Переохлаждение, пересыщенный раствор. Образование зародышей. Энергия (работа) образования зародыша. Формулы для сферической частицы, разницы в энтальпии и энтропии двух фаз, теплота плавления/кристаллизации, удельная поверхностная энергия (силы поверхностного натяжения), зависимости от размеров зародыша. Зародыш критического размера. Зависимости числа центров кристаллизации и скорости роста зародышей новой фазы от переохлаждения. Условия разрастания кристалла, образования поликристалла, аморфного материала. Стабильная форма монокристалла. Метастабильность аморфного (и поликристаллического) состояния.

Общая характеристика методов получения монокристаллов: из жидкой фазы, из раствора – расплава, из растворов (примеры растворителей), из газовой фазы, из твердой фазы (перекристаллизация). Зависимость давления пара от размера частицы, перекристаллизация.

Диаграмма состояния бинарной системы эвтектического типа. Правило Гиббса и его интерпретация, степени свободы, примеры. Охлаждение первоначально гомогенного раствора – темпы изменения температуры во временя охлаждения. Изменения состава системы в процессе охлаждения.

Получение кристаллов из расплава (из жидкой фазы).

Метод Чохральского, требования к материалам тиглей, материалы тиглей для получения монокристаллов кремния. Затравки. Скорость роста кристалла, влияние на диаметр слитка. Отвод тепла кристаллизации. Распределение температуры в системе вдоль оси роста кристалла. Примеры получаемых материалов.

Метод Вернейля. Идея метода, получаемые материалы.

Из раствора в расплаве. Идея метода. Получаемые материалы, примеры растворителей.

Из растворов. Примеры получаемых материалов. Растворители, требования к ним. Гидротермальный метод.

Выращивание кристаллов из гарнисажа.

Зонная плавка. Особенности поведения примесей в двухфазной системе. (Рекомендуется повторно дать анализ диаграммы состояния с целью пояснения такого параметра, как коэффициент распределения примеси). Очистка кристалла методом зонной плавки.

Методы легирования монокристаллов.

Получение кристаллов из газовой фазы. Эпитаксиальное наращивание. Гомо- и гетероэпитаксия. Соответствие постоянных решетки материалов подложки и пленки. Перенос вещества в газовой фазе: перенос из-за разности концентраций, в поле градиента температур, реакции восстановления и диспропорционирования.

Химическое осаждение из газовой фазы. Примеры: кремний, арсенид галлия, оксид и нитрид кремния.

Люминофоры. Основные параметры (длина волны излучаемых квантов, интенсивность свечения, послесвечение). Примеры материалов. Легирующие примеси. Способы возбуждения люминисценции: светом, электронным облучением, переменным электрическим полем (электролюминисценция). Методы получения неорганических люминофоров. Гомогенизация состава и размеров частиц люминофора.

Последовательность изготовления биполярного транзистора. Основные типы операций и используемые материалы.

Методы формирования рисунков/топологии монокристаллических ИС. Фотолитография. Фоторезисты. Фотошаблоны. Основные этапы формирования рисунка. Разрешающая способность метода. Методы переноса рисунка в слой фоторезиста, травление подложки: изотропное (жидкостное и плазмохимическое), анизотропное (монокристаллов, ионным распылением), селективность травления разных материалов. Электроннолучевая литография, ограничения по разрешающей способности. Рентгенолитография, проблемы создания шаблонов. Проблемы совмещения рисунков слоев.

Методы легирования. Диффузионное легирование. Уравнение диффузии,понятие коэффициента диффузии. Зависимость коэффициента диффузии от темперавтуры. Краевые условия (истояник неограниченной мощности, точечный источник, связывающая граница. Решения уравнения диффузии для неограниченного тела). Эволюция профиля распределения примеси при диффузии.

Основные параметры легирующих примесей, выбор примеси. Источники диффузанта. Диффузия в ампуле, в потоке газа-носителя. Поверхностные источники диффузанта. Локальное легирование – использование масок из оксида и нитрида кремния. Локальное окисление кремния. Ионное легирование. Механизмы потерь энергии иона. Профиль распределения примесей при ионном легировании. Механизм образования дефектов. Степень активности примеси. Необходимость термообработок.

Применения пленок в изделиях электронной техники. Основные типы материалов пленок: проводники (металлы и поликристаллический кремний, графит), полупроводниковые (кремний, германий, SiC, полупроводниковые соединения типа А3В5 (GaAs, GaP, InSb, GaxAl(1-x)P и др.) А2В6 (ZnS, ZnSe, ZnO), области применения каждого из указанных материалов), диэлектрики (SiO2, Si3N4, основные применения).

Основные методы получения пленок: термическое испарение в вакууме, химическое осаждение из газовой фазы (см.выше), распыление материала при облучении ионами. Катодное и магнетронное распыление. Термическое окисление. Анодирование. Микроструктура пленок, влияние степени пересыщения пара и температуры подложки.

Литература

Очень желательно, чтобы в период подготовки к экзамену в Вашем распоряжении было 2 книги: по одной из первой и второй серий.

I ) 1. Пасынков В.В., Сорокин В.С. Материалы электронной техники. М.: Высшая школа, 1986.

2. Медведев С.А. Введение в технологию полупроводников

3. Гурвич А.М. Введение в физическую химию кристаллофосфоров. М.: Высшая школа, 1982.

II) 1. Березин А.С., Мочалкина О.Р. Технология и конструирование интегральных микросхем. М.: "Радио и связь", 1983.

2. Коледов Л.А. Технология и конструкции микросхем, микропоцессоров и микросборок. М.: Радио и связь, 1989.

3. Пичугин И.Г., Таиров Ю.М. Технология полупроводниковых приборов. М.: Высшая школа, 1984.

4. Черняев В.Н. Технология производства интегральных микросхем. М.: Радио и связь, 1987.