Автореферат (Физико-технологические основы и пути совершенствования технологии получения кристаллов сапфира для электронной техники), страница 6

Весьма эффективно применять многослойные защитныепанели, состоящие из сравнительно небольших по размерам керамическихматериалов. Важным достоинством таких материалов является ихповышенная стойкость к многократному кинетическому воздействию.Исследованы различные материалы для спаивания деталеймикроэлектроники при относительно низких температурах и отсутствиинапряжений. Для получения спая сапфир – стекловидный диэлектрик быловыбрано легкоплавкое стекло системы PbO – B2O3 – ZnO (Тпл < 600°С),обеспечивающее получение на его основе некристаллизующихсястекловидных пленок, обладающих хорошей адгезией к материаламподложек, согласованностью по коэффициенту линейно-термическогорасширения и температурам их формирования.Разработан технологический маршрут создания спая сапфир –стекловидный диэлектрик, который представлен на рисунке 20.Полученный спай сапфир – стекловидный диэлектрик PbO – B2O3 –ZnO методом центрифугирования имеет толщину порядка 1 мкм,внутренние напряжения минимальны, коэффициент смачивания находитсяв пределах допустимости, что позволяет ему быть основой для созданияпокрытий в микроэлектронике и наноэлектронике и являтьсяпромежуточным этапом при создании спая сапфир-стекловидныйдиэлектрик-керамика.29Сухой помол легкоплавкого стекласистемы PbO – B2O3 – ZnOПриготовление суспензии:мокрый помоллегкоплавкого стеклав изобутиловом спиртеНанесение суспензииметодом центрифугирования со скоростью роторацентрифуги 7000 об/мин в течение 4 минутСушка при низкой температуре даннойпленки в термошкафу при Т =50-60°СОтжиг пленкив муфельной печи при высоких температурах(Т<600°С)Рисунок 20 – Технологический маршрут создания спая сапфир –стекловидный диэлектрик PbO – B2O3 – ZnOРазработан технологический маршрут изготовления защитногопокрытия на основе сапфира, который приведен на рисунке 21.Рисунок 21 – Технологический маршрут создания спая сапфир – стекловидный диэлектрик PbO – B2O3 – ZnO – керамика для защитного покрытияВ диссертации получен опытный образец сапфир-стекловидный диэлектрик-керамическая подложка (рисунок 22), сочетающий в себе достоинства всех материалов.30Рисунок 22 – Опытный образец структуры сапфир-стеклокерамическая подложка для защитного покрытия (толщина сапфира – 3 мм,стекла – 7 мкм, керамики – 2 мм)Важным достоинством таких защитных панелей является повышеннаястойкость к многократному кинетическому воздействию ударной волны иих малый вес.В заключении сформированы основные результаты работы:1.

Проведены расчеты, позволяющие определить распределениятемпературы и функции, описывающей позиции движущегося фронтакристаллизации в процессе роста кристаллов сапфира.2. Исследовано влияние параметров процесса выращивания накачество монокристаллов сапфира. Построена модель оптимизациивременных параметров ТП, учитывающая различные уровни дефектов.Предложены основные приемы сокращения цикла кристаллизации приполучении монокристаллов сапфира, которые позволяют снизитьдлительность цикла кристаллизации в среднем на 28 %.3.

Исследовано влияние фактора формы на процесс роста кристалловсапфира, который позволяет определить, какие процессы (поверхностныеили происходящие в объеме кристалла) определяют динамику ростакристаллов сапфира методом ГНК и, как результат, влияние этих процессовна качество кристалла. Получено замкнутое решение задачи Стефана дляроста кристаллов сапфира по методу ГНК, которое позволяет исследоватькак процесс роста, так и сопутствующие росту факторы (термонапряженияв кристалле на разных этапах роста), гидродинамику расплава и ее влияниена дефектообразование.4. Проведена оценка размеров и поведения газовых пузырей вблизифронта кристаллизации расплава с учетом градиентов температур впроцессе роста кристаллов сапфира. Результаты расчета размераформируемых газовых пузырей в процессе роста кристаллов сапфирапоказали, что процесс формирования пузырей начинается на дне расплава,где максимальный радиус формируемых пузырей составляет порядка0,16 мм при скорости роста кристалла 6 мм/ч.5.

Проведена серия экспериментальных исследований (методом ПАВ,виброакустическим методом, оптическим и тепловым методами) дляполучения распределения дефектов в приповерхностных слоях сапфировыхподложек, что позволяло следить за изменением морфологии структуры,31что в конечном случае позволило наблюдать динамику изменения дефектовв структуре сапфира.6. Проведены экспериментальные исследования и расчеты глубинынарушенного слоя в сапфировых подложках, которые служат основой дляоптимизации процессов обработки кристаллов сапфира, выработанырекомендации по определению свойств приповерхностных слоев сапфира,усовершенствованию качества кристалла.7. Проведены расчеты лазерной обработки сапфировых подложек,позволяющие рассчитать температуру, напряжения и деформации впроцессе их лазерной обработки. Исследованы процессы лазернойобработки структуры сапфира и неорганического стекловидногодиэлектрика (боросиликатного стекла) с использованием лазернойустановки с длинами волн 532 и 1064 нм, обеспечивающие максимальныйотжиг дефектов (дислокации, вакансии) в их приповерхностном слое.8.

Проведены исследования влияния дефектов подложки на качествопленок (Fe2O3, TiO2, Si) на ее поверхности. Проведены расчетыраспределения температур в процессе лазерной обработки структурыпленки Fe2O3 и пленки TiO2 на сапфировой подложке, применяемых какгазочувствительный материал для интегральных химических сенсоров.Исследованы процессы лазерной обработки структур пленка-сапфир.Определены возможности изменения морфологии структуры пленок путемварьирования мощности лазерного излучения и температуры, что врезультате позволяет перераспределить дефекты в структуре и улучшитькачество пленок для применения в тонкопленочной оптике имикроэлектронике.9.

Разработан способ лазерного управляемого термораскалываниясапфировых пластин,отличающийсятем, что осуществляетсяпредварительное нанесение энергопоглощающих слоев графита на обестороны пластины по направлению реза. Проведены расчеты распределениятемпературы в процессе ЛУТ сапфировых пластин.10.ПредложенаметодикаоптимизацииТПполучениявысококачественных подложек из сапфира для интегральных схем.Усовершенствована технология получения кристаллов сапфира методомГНК, позволяющая получать кристаллы сапфира с низким содержаниеммикрочастиц (104 см-3) и низким уровнем остаточных напряжений (менее3 МПа).11. Получены и исследованы различные оксидные пленки (толщинойдо 1 мкм) на поверхности сапфира для газочувствительных интегральныхдатчиков.

Применение ЛИ для получения пленок на поверхности подложкиспособствует повышению производительности при изготовлениигазочувствительного элемента, повышению качества, воспроизводимостипараметров пленки и их стабильности.3212. Разработана методика получения спая сапфир – стекловидныйдиэлектрик PbO – B2O3 – ZnO методом центрифугирования (толщинапорядка 3 мкм, коэффициент смачивания находится в пределахдопустимости,внутренниенапряженияминимальны)длямногокристальныхмодулейинтегральныхсхем.Разработанытехнологические маршруты создания спая сапфир – стекловидныйдиэлектрик PbO – B2O3 – ZnO – керамика.

Получен опытный образецсапфир – стекловидный диэлектрик PbO – B2O3 – ZnO – керамика дляразличных элементов электронной техники.В приложении приведена программная реализация разработанногоинформационного и математического обеспечения изготовления изделий наоснове сапфира, включающего информационную и экспертную системыизготовления изделий из сапфира и кремния. Эти системы позволяют найтизакономерности влияния параметров на рост и обработку кристаллов, увеличить выход кристаллов выбранной категории качества.Представлены фрагменты кодов программ, акты внедрения и применения результатов диссертации.ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИПубликации в журналах, рекомендованных ВАК:1.

Клунникова Ю.В. Разработка методики расчета температурных и термоупругихполей в процессе роста сапфира // Инженерный вестник Дона. – Ростов-на-Дону,2016. – № 2. URL: www.ivdon.ru/ru/magazine.2. Клунникова Ю.В. Исследование процессов получения пленок на сапфире длягазочувствительных датчиков // Инженерный вестник Дона. – Ростов-на-Дону, 2016.– № 1. URL: www.ivdon.ru/ru/magazine/archive.3. Клунникова Ю.В.

Исследование влияния абразивной обработки на процесс образования дефектов в кристаллах сапфира // Инженерный вестник Дона. – 2016. – № 1.URL: www.ivdon.ru/ru/magazine.4. Клунникова Ю.В. Оптимизация технологического процесса получения высококачественных подложек из сапфира для интегральных схем // Известия ЮФУ. Технические науки. – Таганрог, 2016. – № 4. – С.

23–31.5. Клунникова Ю.В. Исследование процессов получения спая сапфир-стекловидныйдиэлектрик // Инженерный вестник Дона. – Ростов-на-Дону, 2016. – № 1. URL:www.ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1y2016/3557.6. Малюков С.П., Клунникова Ю.В., Ковалев А.В., Лашков А.В. Разработка и исследование математических моделей и алгоритмов оптимизации технологии изготовления подложек для мемристоров // Фундаментальные исследования.

– № 11. –Часть 2. – 2012. – С. 435–439.7. Малюков С.П., Клунникова Ю.В., Куликова И.В. Расчет распределения температур в процессе роста монокристаллов сапфира методом горизонтальной направленной кристаллизации // Известия ЮФУ.