Диссертация (Физико-технологические основы и пути совершенствования технологии получения кристаллов сапфира для электронной техники)

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕУЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙУНИВЕРСИТЕТ»ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕУЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ПЕТРА ВЕЛИКОГО»На правах рукописиКлунникова Юлия ВладимировнаФИЗИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПУТИСОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ КРИСТАЛЛОВСАПФИРА ДЛЯ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИСпециальность 05.27.06 – «Технология и оборудование для производства полупроводников, материалов и приборов электронной техники»Диссертация на соискание ученой степенидоктора технических наукНаучные консультанты:д.т.н., профессор Малюков С.П.д.

ф.-м. н., доцент Филимонов А.В.Санкт-Петербург20181СОДЕРЖАНИЕВВЕДЕНИЕ ............................................................................................................. 7Глава1АНАЛИЗСОВРЕМЕННЫХПРОБЛЕМИЗГОТОВЛЕНИЯПОДЛОЖЕК САПФИРА ДЛЯ ПРИБОРОВ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ ............. 231.1Сапфировыеподложкикакосноваинтегральныхсхеммикроэлектроники ....................................................................................................... 231.1.1 Сравнительный анализ существующих подложек для созданияприборов микроэлектроники ......................................................................................

311.2 Анализ существующих методов получения монокристаллов сапфира... 391.3 Проблема модернизации установок для роста кристаллов сапфира ....... 461.4 Анализ существующих моделей роста монокристаллов сапфира ........... 511.5 Проблема дефектообразования при выращивании и механическойобработке монокристаллов сапфира для подложек интегральных схем ............... 561.6 Анализ математического, информационного обеспечения процессаполучения подложек сапфира .................................................................................... 591.7 Современное состояние получения пленок на подложках сапфира дляприборов твердотельной электроники ...................................................................... 721.8 Выводы по главе 1 .........................................................................................

78Глава 2 ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ПОЛУЧЕНИЯ САПФИРА ДЛЯПРИБОРОВ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ ................................................................... 812.1 Расчет проплавления шихты в процессе роста сапфира методомнаправленной кристаллизации ................................................................................... 812.2 Исследование процесса роста кристаллов сапфира методом Киропулоса....................................................................................................................................... 862.3 Исследование влияния параметров процесса выращивания на качествомонокристаллов сапфира ............................................................................................

942.3.1 Методы оптимизации длительности технологического процессаполучения монокристаллов сапфира ....................................................................... 1002.4 Выводы по главе 2 ....................................................................................... 1122Глава 3 ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ СНИЖЕНИЯ ВНУТРЕННИХНАПРЯЖЕНИЙ И ДЕФЕКТОВ ПРИ РОСТЕ МОНОКРИСТАЛЛОВ САПФИРА......................................................................................................................................... 1143.1 Теоретическое исследование температурных полей при росте сапфира.....................................................................................................................................

1143.1.1 Расчет распределения температуры в вакуумной камере для ростасапфира методом горизонтальной направленной кристаллизации ...................... 1223.2. Исследование влияния термоупругих напряжений на возникновениеблоков в кристаллах сапфира ................................................................................... 1253.3 Теоретическое исследование процесса формирования газовых пузырейпри росте сапфира ..................................................................................................... 1303.4 Исследование влияния фактора формы кристалла сапфира на процессроста методом горизонтальной направленной кристаллизации ..........................

1363.5 Выводы по главе 3 ....................................................................................... 143Глава 4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДЕФЕКТОВ ВСАПФИРЕ И ИХ ВЛИЯНИЯ НА КАЧЕСТВО ПОЛУЧАЕМЫХ ПОДЛОЖЕК ... 1454.1 Экспериментальные исследования дефектов в сапфире ......................... 1454.1.1 Исследование трещиноподобных дефектов в сапфире методомповерхностных акустических волн ..........................................................................

1454.1.2Исследованиегазовыхпузырейитрещинвсапфиревиброакустическим методом .................................................................................... 1524.1.3 Исследование дефектов сапфира оптическим, тепловым методами иметодом акустической эмиссии ............................................................................... 1544.2Эволюция поверхности сапфира при механической обработке дляизделий микроэлектроники ...................................................................................... 1584.3ГлаваВыводы по главе 4 .................................................................................. 1665ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕИССЛЕДОВАНИЯОБРАБОТКИМОНОКРИСТАЛЛОВ САПФИРА И СТРУКТУР ПЛЕНКА-САПФИР ................

16835.1 Исследование процессов лазерной обработки сапфира и боросиликатногостекла .............................................................................................................................. 1685.2 Исследование процесса лазерной обработки структуры пленка-сапфир..................................................................................................................................... 1815.2.1 Анализ процесса лазерной обработки структуры пленка–сапфир всистеме ANSYS ............................................................................................................. 1885.3 Исследование процессов получения пленок на поверхности сапфира подвоздействием лазерного излучения в жидкости .....................................................

1915.3.1 Экспериментальные исследования структуры и свойств пленок наповерхности сапфира при лазерной обработке в жидкости.................................. 1935.4 Экспериментальные исследования лазерного отжига пленокнаповерхности сапфира ................................................................................................ 2035.5 Экспериментальные исследования осаждения поликристаллическогокремния на сапфировую подложку для интегральных схем микроэлектроники 2105.6 Исследование механических напряжений в тонких пленках хрома насапфировой подложке ...............................................................................................

2155.7 Исследование внутренних термоупругих напряжений в пленке TiO 2 насапфировой подложке ............................................................................................... 2215.8Экспериментальныеисследованиялазерноготермораскалыванияпластин сапфира ........................................................................................................

2275.9 Выводы по главе 5 ....................................................................................... 236ГлаваПРОЦЕССАХ6РЕАЛИЗАЦИЯСОЗДАНИЯРАЗРАБОТАННЫХПРИБОРОВТЕХНОЛОГИЙЭЛЕКТРОННОЙТЕХНИКИВНАОСНОВЕ САПФИРА....................................................................................................

2396.1 Модернизация теплового узла выращивания монокристаллов сапфираметодом горизонтальной направленной кристаллизации ..................................... 2396.2 Оптимизация технологического процесса получения подложек сапфирадля электронного приборостроения ........................................................................ 24546.3Разработкаконструкцииитехнологииизготовлениягазочувствительного датчика на основе подложек сапфира ................................ 2586.3.1 Исследование функциональных характеристик газочувствительногодатчика ........................................................................................................................ 2716.4 Создание защитного покрытия на основе спая сапфир-стекловидныйдиэлектрик-керамика.................................................................................................